基于Solidworks的塔式起重机变幅小车机架的静力学分析

纪 斌 陈兴燕

贵州理工学院机械工程学院 贵州 贵阳550003

0 引言

变幅机构是臂架型起重机的主要工作机构，用于改变起重机的幅度，即改变吊钩(或抓斗)中心至起重机回转中心轴线的水平距离，以适应起重机在不同条件下装卸物品。其上通常安装有滑轮组及吊钩，起到连接起重机与重物的作用。其是起重机的主要受力构件，变幅小车的失效可能会导致重大安全事故，造成人员伤亡及设备事故。因此，变幅小车的安全性能对起重机来说特别重要，本文采用现代设计方法中的有限元法对变幅小车机架进行静力学分析，找出结构受力最大位置，分析危险点的应力应变及位移情况，针对应力应变变化规律，给变幅小车机架的优化设计提供理论依据。

1 变幅机构几何建模

Solid works三维软件是一款功能齐全、运用广泛、简单易学的三维建模与分析软件，很多高校及企业运用此软件进行产品的三维造型设计及分析。Si mulation是Solidworks中基于有限元分析设计的一个插件，本文通过使用Solidworks2015中的该插件对零部件的三维建模进行静力学分析。

根据分析特点，为了缩短分析计算时间，在不影响分析结果的情况下，我们对变幅小车的三维模型进行了适当的简化，根据起重量为7t的塔式起重机变幅小车机架的结构及参数对变幅小车机架进行三维建模，首先按照机架特征进行草图绘制，采用Solidworks中的各种特征操作，生成变幅小车机架的三维实体模型。

2 有限元分析过程

在Solidworks中打开Simulation插件，新建新算例，进行有限元静力学分析。

1.定义材料。该型号的变幅小车机架材料为Q345B，所以我们在软件操作界面应用材料中，对变幅小车机架定义材料为Q345B。

2.添加约束和载荷。根据变幅小车的运行情况，对变幅小车进行受力分析，小车主要承受吊物及自身的重力作用，载荷方向向下，其数值大小为75000 N，载荷作用点主要通过滑轮组作用在变幅小车机架中间位置的四根横杆上面，所以我们通过插件中的外部载荷添加作用在机架上的载荷。

变幅小车的通过机架的左右两边的四个支撑杆进行支撑固定，所以我们通过插件中的夹具分析对四个支撑杆进行几何体约束添加操作。

3.网格划分。通过插件的对变幅小车机架进行网格划分，每个单元有A个节点，并且每个节点有3个自由度。本分析采用实体网格，二阶高品质单元，共得到24788个节点，13663个单元。

3 有限元运算及结果分析

3.1 应力运算结果分析 变幅小车机架使用材料是Q345B，材料的屈服极限为345 Mpa，安全系数取1.3 ，截面的许用应力为265 Mpa，从变幅小车机架有限元分析得到应力分布云图中可以看出变幅小车机架受力最大处为滑轮支撑横杆中间位置处，最大应力为257 Mpa，没有超出截面许用应力，因此变幅小车机架是安全的。

3.2 位移运算结果分析Si mulation分析得到变幅小车机架位移分布云图，如图1所示。从图中可以得到变幅小车机架最大位移发生在滑轮支撑横杆中间位置，最大位移为0.0 1 mm，方向向下，位移量在许用位移量之内，结构安全。

图1 变幅小车应力、位移分布云图

4 结论

通过以上分析可知，变幅小车机架的最大应力发生在内表面，这很好的反映出所建立的三维模型实体及有限元分析很接近实际受力和变形情况。有限元法的应力分析大幅度提高了塔式起重机结构应力分析的精度，它将是今后塔式起重机结构应力分析的主要手段，给塔式起重机结构设计及优化设计提供了理论依据。