“海宇号”1000吨单臂架变幅式起重船起重机改造结构有限元分析

黄红波

【摘 要】应用有限元软件ANSYS对“海宇号”1000吨单臂架变幅式起重船起重机臂头结构部分进行有限元分析。通过对不同工况下的模型计算分析，对改造方案进行不断优化，在满足结构应力及杆件稳定性等要求下，做到最优设计，并对改造后的起重机做出优化分析。

【关键词】起重机；有限元；结构；优化

[Abstract]Analysing the "Haiyu" 1000 tons of the head of single jib crane luffing crane by finite element software ANSYS. Through analysis the model calculation of different working condition， we optimize the transformation plans continually in order to meeting the stress and stability requirements，and achieving the optimal design， and make optimization analysis on the transformation of the crane.

[Key point]crane；finite element；structure，optimization

1、工程概况

为适应中铁大桥局集团承接的孟加拉国Padma大桥施工需要，需对1000吨单臂架变幅式起重船起重机进行改造，改造后，主钩安全起重量1000吨，起升高度70m，舷外幅度32.8米，副钩安全起重量为430吨，起升高度98米，舷外幅度44米，可适用于在此起重量范围内的海上和内河上的桥梁工程吊装作业。

2、起重机结构

改造后结构见图1。

结构部分主要对臂头部分进行改造，设计中考虑上下各采用三片主桁的情况，虽增加臂头稳定性，但在副钩起吊作业时，三片主桁结构形式会因受力不明确而导致应力集中，因此上下各采用两片工字梁做主桁。主钩箱体利舊，与箱体连接的桁架新制为满足副钩起吊要求，臂头结构尺寸外形重新设计，新制臂头部分重约为102t.

3、结构建模计算

根据改造后的图纸，对起重机进行ansys建模。

臂头主桁及横梁用板单元shell163单元，杆件部分用beam188单元；吊臂臂头部分用shell63单元；钢丝绳用link8单元；主起升机构、副起升机构用和吊重用mass21单元。其余部件质量用等效密度的方式施加在结构模型中。模型约束如图2所示。

以副钩最大起重量430t工况为例，改造所用主要材质为WDB620，根据起重机规范，有风工况取安全系数1.33，屈强比系数1.076，材料的许用应力为：

4、结束语

通过对改造后的起重机进行建模分析，我们可以得出：

4.1臂头结构应力值满足副臂最大起吊430t吊重时的许用应力，最大的等效应力319MPa，小于许用应力342MPa。

4.2杆件最大压应力值为98.4MPa，小于结构中杆件的最小临界压应力195MPa。

4.3通过建模计算，各杆件的稳定性满足要求。

改造后的起重机臂头设计可以满足强度和稳定性等要求，并再对静强度较高的的结构做优化减重后仍能满足要求，使得结构的设计更加合理，经济有效。

参 考 文 献：

[1] 高耀东，刘学杰 . ansys机械工程应用精华30例. 北京：电子工业出版社，2010.1

[2] 王金诺，于兰峰 . 起重运输机械金属结构 . 北京：中国铁道出版社，2002

[3] 张质文，王金诺，程文明，邹胜，刘权，王少华 . 起重机设计手册 . 北京：中国铁道出版社，2013

[4] GB/T 3811-2008 起重机设计规范[S]