桥式起重机端梁开裂分析及加固资料下载.pdf
《桥式起重机端梁开裂分析及加固资料下载.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《桥式起重机端梁开裂分析及加固资料下载.pdf（4页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
关键词?
桥式起重机;
附加载荷;
检测;
有限元分析中图分类号:
TH215?
文献标识码:
A?
文章编号:
1671?
3524（2009）03?
0029?
041?
引言某轧钢厂成品库20t?
28m桥式起重机在近年的点检中发现其端梁出现较明显的开裂现象。
裂纹主要出现在支撑角轴承箱的弧形板连接焊缝上,位置如图1所示。
为了保证安全生产,急需找到引起该端梁出现裂纹的原因,并对已出现的裂纹提出合理的修复方案。
图1?
20t?
28m桥式起重机端梁裂纹图对于此桥架结构形式的端梁而言,正常运行时的载荷为在主、端梁连接处由主梁传递给端梁的垂直载荷,以及由大车车轮组与轨道接触产生的支撑载荷。
但是当起重小车带负荷运行至主梁跨端,会造成东、西端梁所承受的载荷不一样大,由此会造成东、西端梁上车轮组的轮压不相等,当大车运行时,东、西端梁上车轮组产生的摩擦力也不相等;
由于大车运行机构都采用相同功率的电动机驱动,当两边车轮组的运行摩擦阻力不同,将导致电机转速的不一致,这种情况下会造成大车车轮啃轨,从而产生附加啃轨力。
但是起重机在运行中侧向啃轨力的大小很难直接检测出,这就造成对端梁修复方案评价的困难。
为了能够了解该起重机侧向啃轨力的大小,本文采用关键应力点处的应力测试与有限元试算分析相结合的间接方法来推算侧向啃轨力的大小。
2?
端梁的应力测试2.1?
检测的测点布置及理由依据该起重机的问题主要出现在端梁上,因此应力检测点主要布置在端梁的各个关键点处,应变片的布置见图2所示。
在该端梁上主要布置2个应力测点,2个测点均为单片,测试过程采用动态测试,用以了解在完整的工作过程中2个点的应力变化情况。
图2?
28m桥式起重机应力测点布置图端梁上盖板外侧、靠近主梁连接位置处的1号?
收稿日期:
2009?
04?
28?
修回日期:
05?
10?
作者简介:
盛士峰（1968）,男,工程师.E?
mail:
wsz6518测点,以及端梁下盖板外侧、靠近主梁连接位置处的2号测点,主要用来监测大车运行时侧向啃轨力的变化情况。
2.2?
应力检测结果及分析端梁各测点的应力结果见图3所示。
端梁上盖板1号测点处,沿端梁方向的应力在完整的测试过程中有较大的应力波动现象,同时最大应力接近50MPa。
端梁上盖板2号测点处,沿端梁方向的应力在完整的测试过程中应力的波动不大,从信号图上分析最大压应力只有25MPa。
从信号图上可以看出,该起重机运行过程中大车车轮在垂直于大车轨道的水平方向上存在的侧向啃轨力,且该力的变化较大。
图3?
28m桥式起重机端梁测试应力图3?
端梁的有限元分析3.1?
端梁有限元分析的目的端梁有限元分析的主要目的是以起升小车带负荷运行至主梁跨端工况为例,利用该起重机桥架的原始结构推算出侧向啃轨力的大小。
3.2?
有限元计算过程中的已知参数额定起重质量:
Qe=20t;
实测重物质量:
Qc=20.4t;
跨度:
L=28m;
小车自身质量:
Gxc=7.5t（由图纸得到）;
大车运行机构质量:
Gdcyx=5.257t（由图纸得到）;
桥架结构质量:
GQJ=26.05t（由图纸得到）桥架母材材质:
Q235;
材料的屈服极限:
?
s=235MPa1;
材料的许用应力:
=176MPa,安全系数取1.332;
材料的弹性模量:
E=2.06?
105MPa;
材料的泊桑比:
=0.33。
3.3?
有限元模型的建立3.3.1?
单元的选择以该起重机的整体桥架作为计算对象,有限元计算求解器采用NASTRAN2005。
该起重机的端梁为箱形结构,主、端梁的上、下盖板,腹板,中间的筋板及隔板均采用NASTRAN的壳单元进行建模3。
3.3.2?
边界条件创建整体桥架模型进行有限元分析,在端梁的车轮处进行约束,四个车轮处可视为铰支座,将一个作为固定铰支座,则另外三个视为为活动铰支座。
按这一思想对桥架的有限元模型施加约束。
3.3.3?
计算载荷与计算工况计算载荷为:
1）活动载荷:
起重质量:
计算实测工况时,Qc=20.4t;
小车自身质量Gxc=7.5t。
2）固定载荷:
主梁质量:
GQJ=26.05t;
大车运行机构质量Gdcyx=5.257t;
侧向啃轨力:
FC有限元试算来确定;
侧向啃轨力引起的摩擦力:
f=?
FC;
其中?
=0.2主要计算载荷工况:
活动载荷P=Qc+Gxc=20.4+7.5=27.9t处跨端引起的结构应力,与实测结果对照,推算出啃轨力的大小。
按上述思想建立的原始端梁有限元计算模型见图4,加固后的模型主要依据加固方案对原始端梁模型进行修改即可得到。
图4?
端梁原始结构的有限元计算模型3.4?
有限元计算结果3.4.1?
载荷工况下的计算结果实测时,测点布置在该起重机的西端梁上,空载小车在东端时仪器调零。
因此计算载荷工况与实测时的工况相一致。
计算过程中为了反推出侧向啃轨力的大小,需要在不同的预设侧向啃轨力下进行多次反复计算,将不同预设侧向啃轨力的计算结果与30武汉工程职业技术学院学报?
2009.3?
实测点处的测试结果进行对比,计算结果最接近的情况所对应的预设侧向啃轨力的大小即为该起重机实际运行过程中的侧向啃轨力的大小。
计算载荷工况下,满载小车（质量Qc=20.4t）处跨端,并考虑6t侧向啃轨力时端梁相应于测点处的计算应力与测试应力最为接近,该计算工况下端梁部分的应力见图5所示。
图中应力的单位为MPa。
图5?
活动载荷在跨端,考虑6t啃轨力时端梁端部的等效应力分布4?
端梁测试应力与计算结果分析依据该起重机实际的测试过程,如图3所示的测试信号,在1020分钟这个阶段,起升小车起吊测试荷重处于桥架的跨端截面并处于静止状态,同时大车在其轨道上来回运行,此过程与有限元分析工况的力学性质相似,因此采用此阶段测试值作为有限元计算结果的参照。
该起重机有限元分析的计算工况与其相对应。
计算结果与实测时的比较值见表1。
表1?
端梁实测点处实测最大值与有限元计算值对比表部位Qc=20.406t实测最大值（MPa）计算值（MPa）活动载荷在跨端端梁上盖板测点处49.440.4端梁下盖板测点处18.422.6?
从表1可以看出,在相同的工况下,计算值与测试值非常接近,这表明该起重机有限元计算模型是正确的。
同时还可以看出侧向啃轨力对端梁上盖板侧边应力的影响较大,通过有限元的试算可以得出该起重机在运行过程中侧向啃轨力在6t左右。
5?
端梁的加固及评估5.1?
端梁的加固由于该起重机存在较大的侧向啃轨力,因此增加端梁的截面积,增大端梁抵抗侧向力的抗弯截面模量成为该起重机端梁修复的指导原则。
同时由于该起重机的端梁出现的裂纹都集中在两端靠近角轴承箱弧形板附近,因此在加固过程中只对端梁两端车轮组支撑部分进行加固。
5.2?
端梁加固后有限元计分析该起重机的端梁在运行过程中出现了裂纹,这些裂纹都出现在端梁结构等效应力较大的位置处。
在出现这些裂纹的位置处,将原始结构的应力计算结果与整改后结构的应力计算结果进行比较就可以得出该整改方案的合理与否。
对加固后的模型进行有限元分析时,考虑额定载荷P=Qe+Gxc=20+7.5=27.5t处于跨端,同时考虑桥架自重以及通过反推得到的侧向啃轨力。
按照加固方案进行加固后的有限元计算模型见图6所示,在计算工况下,端梁的综合应力分布见图7所示,图7中未显示加固板的应力状况。
图6?
端梁整改加固后的有限元分析模型31?
盛士峰?
珏?
刚:
桥式起重机端梁开裂分析及加固图7?
整改后考虑6.0t啃轨力时端梁的综合应力分布?
对加固后的桥架结构有限元计算结果与原始结构的有限元计算结果进行对比分析,发现在相同的6t侧向力作用下,满载小车处于跨端时,端梁腹板弯曲部位的等效应力已由加固前的61.3MPa下降到加固后36.3MPa,下降幅度达40.8%,效果十分明显。
表明该加固方案是合理的。
6?
结论该20t?
28m的桥式起重机端梁出现严重裂纹,通过现场实测与有限元分析技术相结合可以有效地判断出裂纹形成的原因,同时有针对性地提出整改方案,并对整改方案进行验算,以确保整改方案的合理性与有效性。
通过对该桥式起重机端梁结构的测试、整改及有限元分析,可以得到以下结论。
（1）通过实际测量可以得出该起重机在运行过程中有较大的侧向啃轨力。
（2）通过有限元的试算与实测结果的对比可以得出侧向啃轨力约在6t左右。
（3）该起重机端梁上出现裂纹的主要原因是运行过程中较大的侧向啃轨力作用下引起的疲劳裂纹。
（4）通过对整改后端梁的有限元分析可以得出该整改方案是有效的、合理的。
借助于现场实测与有限元分析,定量地得到了该电磁盘起重机运行中侧向啃轨力的大小,为裂纹的出现以及整改提供了可靠的分析依据,并对加固方案进行了验证,确保了该加固方案的合理性。
参考文献1?
成大先.机械设计手册M.第四版.北京:
化学工业出版社,2002.2?
张质文,虞和谦,王金诺,等.起重机设计手册M.北京:
中国铁道出版社,2001.3?
MSCcorporation,MSC.Nastran2005QuickReferenceGuide.CauseAnalysisofCracksonEndGirderofEOTCraneandReinforcementSHENGShifeng?
WANGJue?
WANGGangAbstract:
Ingeneral,workingloadswillnotcausecracksontheendgirderofEOTcraneunlessunderadditionalloadsareapplice.Theadditionalloadswhichhaveeffectsontheendgirderareonlyproducedatthecarnewheels.Sincetheadditionalloadsaredifficulttobemeasuredbydirecttest,correctevaluationofreinforcingschemeseemsimpossible.Inthispaper,fieldtestandfiniteelementanalysisarecombinedtocalculatetheadditionalloadsaccurately,andtheresultisappliedinevaluatingreinforcingscheme.Keywords:
overheadtravelingcrane;
additionalload;
test;
finiteelementanalysis（责任编辑:
李文英）32武汉工程职业技术学院学报?
升级会员 