平衡梁结构的ANSYS力学分析

姜明峰， 王志虎， 顾星

（1.南通润邦重机有限公司 技术中心，江苏 南通226013；2.润邦卡哥特科工业有限公司 技术部，江苏 太仓215437）

0 引言

平衡梁作为门座起重机中连接水泥配重与小拉杆的结构件，在整个变幅过程中，不断承受水泥重量及自身重量产生的变载荷，所以平衡梁与上转柱铰点（以下简称下铰点）附近容易发生疲劳磨损，但对于平衡梁实际受力情况一般只简单地分为最大幅度、最小幅度与中间幅度3个位置进行计算，没有考虑平衡梁在整个变幅过程中的应力变化情况，所以无法控制平衡梁在实际工作情况中的应力水平。本文对平衡梁分别进行了相应的静力学与瞬态动力学分析，分析结果对工程实际应用具有一定意义。

1 平衡梁静力学分析

平衡梁结构如图1所示。

图1 平衡梁结构及移动轨迹图

1.1 建立平衡梁有限元模型

利用有限元分析软件ANSYS对平衡梁进行建模，采用shell63单元，并对相应实常数进行设置：弹性模量E＝210 GP a，泊松比 μ＝0.3，密度 ρ＝7.85×103kg/m3。结构有限元模型如图2。

图2 平衡梁有限元模型

1.2 施加载荷

该模型中所施加的载荷：活配重的重量28 t，所施加的边界条件：下铰点释放沿Z轴转动的自由度，平衡梁与小拉杆铰点施加沿着小拉杆方向的位移约束。考虑结构简化及焊缝重量影响等因素，重力加速度取为g＝10.5 m/s2。

1.3 计算结果

仿真计算结果如图3～图6所示。平衡梁最大Y向位移发生在平衡梁左端，根据《起重机设计规范GB3811-2008》，将平衡梁左端按悬臂端考虑，挠度需符合f

图3 最大幅度Y向位移

2 平衡梁瞬态动力学计算

由于门座起重机在变幅过程中受主臂架的约束造成自身变角速度（图7）摆动，承受水平配重及自身重量产生变载荷，因此有必要对平衡梁在各幅度状态进行瞬态动力学分析。将门座机整个变幅过程分为若干段，利用ANSYS的APDL语言编写瞬态动力学分析命令。

图4 中间幅度应力

图5 最大幅度应力

图6 最小幅度应力

图7 平衡梁绕下铰点转动的角速度曲线

主要部分命令如下：

分析结果如图8、图9所示。

图8 下铰点附近应力变化曲线

图9 平衡梁尾部位移变化曲线

由瞬态动力分析结果可知，平衡梁在摆动过程中的强度在靠近最小幅度、中间幅度及最大幅度处出现最大值为112.5 MPa，与静力学分析的108.2 MPa的位置接近；因此两种计算方法是正确的。

3 结语

本文通过对平衡梁的静力学和动力学分析，得出了该结构形式的平衡梁的强度、刚度和动力性能，为平衡梁结构的合理设计提供了更为准确的理论依据。

［1］ 孙枫.港口起重机设计规范［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］ 王新敏.ANSYS工程结构数值分析［M］.北京：人民交通出版社，2007.