葫蘆起重機(jī)主梁拼接方式研究
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胡東明
(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院無錫分院 無錫214174)
摘要：針對葫蘆起重機(jī)主梁常見拼接方式進(jìn)行了分析，比較三種方式的制造工藝，得出其適用場所要求。以16t葫蘆起重機(jī)為例，借助有限元分析軟件分別對三種連接方式建模，然后進(jìn)行受力分析。通過比較主梁應(yīng)力云圖，得出最大受力位置，了解哪種連接方式最有利，為生產(chǎn)工作提供了數(shù)據(jù)參考。
關(guān)鍵詞：葫蘆起重機(jī)主梁拼接有限元分析
在吊裝行業(yè)，電動(dòng)葫蘆應(yīng)用廣泛，起重量不在限于小噸位，正逐漸提高。本文主要研究電動(dòng)單梁起重機(jī)和葫蘆門式起重機(jī)廣泛采用的一種主梁形式，如圖1所示。由于作業(yè)程度的提高，要求起重機(jī)具有大跨度作業(yè)的能力，特別是用于港口碼頭的門式起重機(jī)，這就要求起重機(jī)主梁有足夠的長度。但是，生產(chǎn)車間與運(yùn)輸能力的限制，大跨度的主梁不可能做成一整根，必須采用拼接的方式，等運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場再進(jìn)行安裝連接起來。一般跨度大于22m時(shí)要求分段，接頭應(yīng)設(shè)在受力較小、主梁分段又不太長的位置。拼接方式有很多種，根據(jù)用戶要求不同，應(yīng)選用不同的連接方法。有些拼接方式雖然方便了用戶，但是可能造成應(yīng)力集中，抗疲勞能力下降，影響起重機(jī)的使用性能。本文選擇最常見的三種連接方式進(jìn)行比較，借助于有限元分析軟件，探討其應(yīng)力變化，為生產(chǎn)者和使用者提供參考數(shù)據(jù)。
1連接方式介紹
1.1現(xiàn)場焊接連接
很多起重量較大的橋式起重機(jī)，由于只用于固定車間，當(dāng)跨度較大時(shí)，多采用焊接連接分段主梁。根據(jù)工藝經(jīng)驗(yàn)，分段位置不應(yīng)在跨中位置，而且蓋板與腹板連接焊縫不能在一個(gè)截面上，避免產(chǎn)生的熱影響區(qū)域比較集中，使得危險(xiǎn)截面應(yīng)力過大。一般工藝要求，腹板與蓋板、腹板與腹板相鄰對接焊縫的間距應(yīng)大于200mm。采用此連接方法時(shí)，企業(yè)通常在車間將整根主梁制作完成，然后選擇合適位置，將主梁分割成兩段，分別運(yùn)輸?shù)绞褂脠龅�，再進(jìn)行拼裝；分割的位置也應(yīng)避開跨中截面，主梁焊接布置如圖2所示。
1.2內(nèi)外貼板加螺栓連接
這種設(shè)計(jì)方法多見于早期的起重機(jī)，內(nèi)外貼板后，再用高強(qiáng)度螺栓連接。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，往往將分段處設(shè)在跨中，且主梁的分段對接口在同一截面上。由于內(nèi)外貼板與高強(qiáng)度螺栓都比母材強(qiáng)度大，這種連接能夠保證主梁滿足強(qiáng)度要求。而且拆裝方便，有利于更換使用位置，不會(huì)造成對起重機(jī)使用性能的改變。為了便于高強(qiáng)度螺栓的拆裝，主梁制作時(shí)，需要在貼板兩側(cè)開圓孔，拼裝結(jié)束后，再將圓孔用鋼板封住。隨著社會(huì)發(fā)展，用戶更注重節(jié)約成本，而且制度監(jiān)管下，移裝變得很繁瑣，所以漸漸放棄了這種連接方式，如圖3所示。
1.3法蘭連接
采用箱型梁帶工字鋼形式的起重機(jī)主梁，當(dāng)跨度較大時(shí)，用戶往往要求通過法蘭連接。法蘭用高強(qiáng)度螺栓連接，而工字鋼一般采用焊接形式。這就造成同一截面采用了兩種連接方式，使得應(yīng)力集中增強(qiáng)。雖然螺栓容易拆裝，但是工字鋼連接焊縫，最多允許割開再焊接兩次，將會(huì)造成主梁連接尺寸改變，給用戶造成更大的麻煩，如圖4所示。
2主梁有限元分析比較
本文以16t葫蘆起重機(jī)為例，跨度為22m，主梁高度1.4m。計(jì)算工況為起重機(jī)起吊過程，帶有一定的起升沖擊力，不考慮水平力影響。由于手工計(jì)算不能精確考慮到焊縫、螺栓連接處等集中應(yīng)力的影響，所以選擇有限元方法分析。采用Workbench軟件進(jìn)行實(shí)體建模，對焊縫和螺栓進(jìn)行了簡化處理，把螺紋連接改為螺柱接觸連接，去掉影響網(wǎng)格劃分的銳角，大隔板和加筋條做了局部處理。加載時(shí)，在工字鋼下翼緣板上添加了四個(gè)很小的圓面，模擬電動(dòng)葫蘆的四個(gè)輪子壓力位置。為了確定合理的接頭位置，主梁分段選擇在跨中和1／4跨度處進(jìn)行比較分析，得出應(yīng)力值，比較各種連接方式的合理性。
2.1分段位置在跨中
吊重載荷施加在跨中位置，三種連接方式均受到集中應(yīng)力影響，應(yīng)力云圖如圖5、圖6、圖7所示。
計(jì)算結(jié)果表明，焊接時(shí)應(yīng)力最小，數(shù)值為82.992MPa;用貼板連接時(shí)應(yīng)力最大，數(shù)值為100.76MPa；法蘭連接時(shí)應(yīng)力居中，數(shù)值為94.269MPa。
2.2分段位置在1／4跨處
為了有可比性，依然將吊重載荷施加在跨中，應(yīng)力云圖如圖8、圖9、圖10所示。
計(jì)算結(jié)果顯示，雖然接頭在1／4跨處，貼板連接時(shí)依然應(yīng)力最大，法蘭連接次之，焊縫接頭應(yīng)力最小。
綜合以上分析，當(dāng)分段接頭在跨中時(shí)比在1/4跨處的，應(yīng)力水平要高。所以在確定主梁分段位置時(shí)，盡量偏離跨中，而靠近l1／4跨處，同時(shí)也要考慮兩段主梁尺寸差距不能太大，以便于運(yùn)輸。
3結(jié)論
采用哪種方式對分段主梁進(jìn)行連接，制造企業(yè)都會(huì)綜合考慮用戶需求、工藝流程、安裝成本這些因素�，F(xiàn)場焊接受力最合理，很多大跨度的起重機(jī)越來越多的采用這種方式，但是要做好拼接工藝，否則會(huì)引起整個(gè)主梁的變形，如果再進(jìn)行烘烤，就又產(chǎn)生了很大的集中應(yīng)力。用戶若考慮后期使用過程中會(huì)移裝到其它地方，采用法蘭連接比較方便，應(yīng)力值即便增加一些，但還有很大安全余量。
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