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大型造船龙门起重机小车车架结构有限元分析
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大型造船龙门起重机小车车架构造有限元分析
发表时间：2021-4-3  特约撰稿人： 童辉 来源：e-works
关键字：小车架 有限元
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造船龙门起重机上小车车架是支承和安装起升机构和运行机构的机架，是小车上诸多机构的安装基座。在设计时，要求足够的强度和具有一定的刚度，重量轻，制造安装方便。近年来我国引进的起重机中，一些新产品的小车架几乎可以比我国重量轻一半，说明我国的产品过于保守，有必要采用新设计方法减轻小车架的自重。
1 引言
    造船龙门起重机上小车车架是支承和安装起升机构和运行机构的机架，是小车上诸多机构的安装基座。在设计时，要求足够的强度和具有一定的刚度，重量轻，制造安装方便。因它是重量较大的一个部件，所以在保证强度、刚度足够的前提下，提高小车架设计计算的准确性，充分挖掘其潜在的承载能力，不但可以减轻小车架的自重、降低小车轮压，而且可以减轻桥架负载、节约钢材方面和改善整台起重机的使用性能具有一定的意义。过去我国设计计算小车架，均将其简化为纵、横简支梁的计算模型，用材料力学原理进展计算，并采用较大的平安系数以确保平安使用。但近年来我国引进的起重机中，一些新产品的小车架几乎可以比我国重量轻一半，说明我国的产品过于保守，有必要采用新设计方法减轻小车架的自重。
    小车架的型式有铸造的、铆接的和焊接的三种。铸造的小车架特点是，在铸造的同时轴承座和减速器的箱壳都铸成一体。其具有架子巩固、孔的制造准确，工作时轴承座不易移动和变位等优点，但铸造和加工比拟麻烦，重量较重，应用较少。铆接的小车架重量较轻，曾被采用，近年来随着焊接工艺的开展被焊接车架所替代。
    焊接的车架由型钢(槽钢、工字钢、角钢)和钢板焊接而成，对于小起重量的起重机小车由型钢焊接而成；对于大起重量的起重机，全用钢板焊接而成。型钢刚度较好，但受尺寸规格数量的限制，起重机小车多用钢板焊接而成。近年来，为了减少焊接工作量，在车架中采用一局部钢板冲压成型的构件来代替焊接构件，使车架的重量减轻，制造更加方便。
    制造小车架所用的型钢和钢板一般为Q235B和Q345B。采用高强度的钢材制造小车架，虽然可以减轻重量，但因此而过分降低小车架的刚度会影响到其上各种机构传动的工作性能。根据国内各种大型造船龙门起重机设计经历说明，小车每减重1吨，龙门起重机主梁自重将降低10吨左右，因此合理优化小车架构造对起重机整机减重有着至关重要的意义。起重机小车的最大轮压是一个重要的性能参数，轮压分布不但影响小车的工作平稳性，而且影响小车车轮寿命和桥架设计。按照轮压分配进展小车的布置设计是有实用价值的。
2 小车架的构造
    造船龙门起重机的上小车架是承受空间力系作用的平面框架，图1上小车起升机构及排绳装置布置，图2造船龙门起重机上小车车架构造。
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图1 上小车起升机构及排绳装置布置
图2 造船龙门起重机上小车车架构造
    机械构造对所承受载荷的响应外部表现形式为应力和变形，而这种响应取决于其构成材料。利用ANSYS进展分析，必须指明构造所用材料的属性，可以从材质库中选择材料，也可手动输入属性值。上小车车架的材料均为Q345B，其属性值如下：
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3 小车架有限元模型的建立及网格划分
    小车架划分网格后的模型〔图3网格划分模型〕选择的单元类型为Shell63，此单元由4各节点组成，每个节点具有X、Y、Z位移自由