有限单元法在装卸桥金属-南京林业大学学报.PDF

第15卷第l 期 南京林业大学学报 Vol.15 No .l 1991年3月 JOVRNAL OF NANJING FORES RY UNIVERSITY Alarch 1991 有限单元法在装卸桥金属 结构强度分析中的应用 余豆焘 (机械工程系) 摘要装卸桥金属结构的强度和别度立接关系到整机的使用性能和寿命.本文 采用有限单元法进行金属结构的强度和刚皮分析，同时用常规，力学和实测方法对 其主要部件的强度或刚度进行验证.所得结果三者一致，并符合设计规范. 关键词有限单元法;时皮;强度;装卸桥金属结构 中固分类号 TB115 为精树贮木场设计的大型装卸桥，起重量为 5 吨，跨度 58.1m ，两端悬臂 16.2m，总 高 17m. 金属结构为和架式，桥架采用三角形断面，抗剪能力强的 W 型腹杆体系，刚腿 采用抗弯，抗扭能力强的矩形断面锥体结构，挠腿采用柔度较大的平面结构.该机金属结 构受力合理，自重轻，整机重量为 590KN. 自 1983 年投产以来，金属结构使用性能良 好，运行平稳，各主要部件的强度，刚度都超过起重机设计规范的要求，达到预期的效 果. 1 金属结构计算工况，模型和方法 1.1 工况条件 根据装卸桥的使用情况，按起重机设计手册，确定下列计算工况. 第一况有三种情况，以 Ia Ib Ic 表示. 1. 工况:大车保持不动，小车位于桥架跨度 中央，起重量下降嚷然制动. Ib Ic 工况:工作状态同上，但小车位置改为刚腿外侧桥架 悬臂端和挠腿外倒桥架悬臂端的极限行程处. 第二工况以E 表示，大车运行时车轮啃轨，甚至卡住，刚腿在水平侧向力作用下发生 扭转，这时小车抓具空载位于桥架跨度中央， 1.2 计算模型 装卸桥金属结构的计算模型如图1.设挠腿与桥架之间，各支腿与下横梁之间均伎 接.图 1a 为第一工况( 1 .) ，在支腿于端采用垂直和水平连杆作为约束，表征车轮等支 承零件的作用，但各连杆的刚度值比支腿杆件的刚度值要大得多.因 lb 为第二工况 (TI )，刚腿下支点作用力为大小相同，方向相反的一对水平侧向力，为了防止金属结构整 收硝日期 1989斗 1-25. 90 南京林业大学学报 第15卷第1期 体沿桥架纵向移动，在挠腿外侧桥架上增设一根纵向连杆.这根连杆刚度很小，不影响桥 架纵向自由变形.装卸桥金属结构的外载荷是三维的.在垂直方向有自重载荷，起升载 荷;水平方向有大车惯性载荷，小车惯性载荷、风载荷和水平侧向力等，以上载荷按节点 载荷作用在金属结构上. b d b 图 1 装卸桥金属结构计算模型 (a) 1. 工况 (b) II 工况 Fig.l Calculating model of metal structure of the loading bridge (a) 1 aLoad case (b) II Load case 1.3 计算方法 由有限单元法，以矩阵形式列出杆单元的节点力与节点位移之间的关系式. {PE}= [ KE ] {SE}(1) 式中 {P，} 为杆单元节点力的列阵 {K，} 为杆单元的刚度矩阵 {ð，} 为杆单元节点位 移的列阵. 在每个节点的 x 轴， y 轴的 Z 轴方向建立 3n (n 为节点数)个节点力与节点载荷的平 衡方程，将这些方程集合起来成为线性方程组. (KJ {ð} = {P}