24MN门式起重机有限元分析

机械设计与制造　

二堕！　．　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　第１１期　２００６年１１月　

Ｘｌｔｍ－￣＂：１００１—３９９７（２ｏｏ６）１１—００１８—０２　

２４ＭＮ　门式起重机有限元分析　

杨克修　薛金保。　李景乐ｚ　李清刚２　方彪２　

（　武汉大学动力与机械学院，武汉４３００７２）（：中国石油第一建设公司，洛阳４７１０２３）　

Ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　２４ＭＮ　ｇａｎｔｒｙ　ｃｒａｎｅ　

ＹＡＮＧ　Ｋｅ—ｘｉｕ　－ＸＵＥ　Ｊｉｎ—ｂａｏ　－ＬＩ　Ｊｉｎｇ—ｌｅ　－ＬＩ　Ｑｉｎｇ—ｇａｎｇ２，ＦＡＮＧ　Ｂｉａｏ。　

ｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ＆Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７２－Ｃｈｉｎａ）　

【。Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ｆｉｒｓｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ　４７　１０２３，Ｃｈｉｎａ）　

。。争●ｏ●ｏ●。审‘ｏ●ｏ‘ｏ。ｏ●ｏ●６’ｏ‘ｏ●ｏ。ｏ・－‘　●ｏ●　ｏ‘ｏ‘ｏ‘、　

中图分类号：ＴＨ２１２　文献标识码：Ａ　

１概述　

２４ＭＮ门式起重机主要用于吊装石油化工等行业以塔、器　为代表的特重、特大型设备，其设计吊装能力（额定起升荷重／　

柱高度）单门分别为１２ＭＮ／５２ｍ、１２ＭＮ／６４ｍ和８ＭＮ／８０ｍ。双　门分别为２４ＭＮ／５２ｍ、２４ＭＮ／６４ｍ和１６ＭＮ／８０ｍ。该机的设计　

和使用将在很大程度上满足石化行业对特重、特大型设备吊装　方面的需求。　

该机整体结构参见图１。主要由两个单门式刚架通过两根　

刚性联系梁连接组成。既可如图示双门工作，也可单个门架独　立工作。　

图１门式起重机整体结构示意图　每个单门刚架由两个格构式柱和一个箱型主横梁通过螺　

★来稿日期：２００６—０３—１３　栓联接而成；柱由若干柱节通过螺栓联接而成，根据工作要求　

可组合的柱高度为日＝５２＋２　（　＝０，１，…，１４）（ｍ）。门架跨　

度９．２ｍ。　

每根主横梁上设两个吊点，两吊点中心距６．０ｍ。每吊点有　

一主吊轴，由四块彼此平行且相隔一定距离的主吊耳板支撑．　主吊滑车悬挂于主吊轴上。　

起重机的约束主要由柱底部的球铰支座和顶部的缆风绳　构成。缆风绳上端铰接于柱顶部，下端铰接于地面基础，仰角　

４５ｏ。预拉力６０ｋＮ。　工作中限制主吊滑车在门架平面内、外的偏斜角不超过　

１．５。ｏ　安装竖立时，起重机门架采用滑移吊装法，主横梁顶部和　

两柱中部共四个启吊点。　

２工况及载荷组合　

依据《起重机设计规范》（以下简称‘起规＞），按起重机在寿　

命期内的总工作循环数和工作荷重的情况，取起重机使用等级　

．荷重状态　，起重机工作级别Ａ。。　

考虑到该机实际工作情况和起重机在安装竖立过程中的　

要求．确定其工况及载荷组合见表１。　

３模型建立　

以下以单门１２ＭＮ／６４ｍ工况为例，说明有限元分析模型的　建立。　

起重机整体结构分析选用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件。建模　

时，对横梁与柱的螺栓联接、各柱节问的螺栓联接以及门架的　维普资讯 http://www.cqvip.com 第１１期　杨克修等：２４ＭＮ门式起重机有限元分析　一ｌ９一　

球铰支座进行了简化，螺栓联接和球铰支座待整体分析完成后，　

提取相关参数采用ＣＡＴＩＡ软件建立局部模型进行分析。其它结　

构未做过多简化。　表】工况及载荷组岔　

工况　自重ｙｃ＝薮荷１．２＜２　１　４　１　４　１．１　１　４缆风绳融力　．　．，士＝．　一～……　

注；①表中参数　为所对应载荷的载荷分项系数，　为动载系数；　②除门架自重外，还包括缆风绳自重和滑车、索具白重。　３．１单元选择　

横梁各腹板、翼缘板、隔板和加劲肋等均采用板壳单元；柱　

各分肢、缀条和覆板等分别采用梁单元、杆单元和板壳单元；主　

吊轴和联系梁采用梁单元；缆风绳为杆单元，绳与地面夹角　

４５。。沿其轴向施加６０ｋＮ预拉力；柱底采用多个刚度很大的杆单　元近似模拟球铰。　

起重机单门满载工况模型见图２。１２ＭＮ／６４ｍ工况下模型　的单元总数为４９１７６，节点总数为５１９１２。　

一一ｌ柚　…　Ｄ　

图２起重机单门满载工况模型　

３．２载荷处理（从略）　

３．３约束条件　

３．３．１单门满载工况　

约束６根缆风绳与地面连接点的　、Ｙ、　三方向的线位移，　

保留绕Ｘ－，Ｙ、　三方向的转动；约束柱底球铰位置节点的　、Ｙ、ｚ　

三方向的线位移，保留绕　、Ｙ、＝三方向的转动。　

３。３．２双门满载工况　

两单门架各自取消门架平面外一侧的两根缆风绳，代之以　

两根联系梁，将两单门连接成双门，联系梁两端与两门架铰接。　

柱顶部　、ｙ方向共８根缆风绳。　

其它约束条件与单门相同。　

３．３．３门架安装竖立　

分别约束横梁顶部两吊点　、ｙ、　三方向的线位移和两柱　中部两吊点处ｙ方向的线位移，以模拟起升钢丝绳对溜尾吊轴　

和门架的约束。安装竖立过程中门架不同角度位置的模型通过　改变模型中自重载荷以及吊绳约束点的约束方向即可得到。　

４有限元结果分析　

由有限元计算结果分析比较知，起重机单ｆ１　１２ＭＮ／６４ｍ工况　较其它工况更不利，故以下仅对该工况下的计算结果进行分析。　

（１）横梁腹板最外侧两工艺孔边综台啦力达４（３４Ｍ１）ａ，肖叫　

显应力集中，见图３。为避免应力集中，取消最外侧两孔，踅　汁　算，腹板最大综合应力降为１８２．３ＭＰａ，满足强度要求。　

（２）横梁主吊耳板应力分布见图４，吊耳根部有严熏应力集　中，综合应力高达１１４５ＭＰａ，为此，加大吊耳部分的宽度和厚度，　

避免根部尺寸突变，重新计算，根部应力集中现象消除。　

ｌ＿　：。　…一。　…　＿１　ｌ　

图３横梁腹板孔边应力集中　

～…一　＾￣　＾…　“’　’…　

呻　

ｊ　●●　１＿＿■　■■●　＿Ｉ，。　

图４主吊耳板根部应力集中　（３）单门工况下，当主吊滑车在门架平面内、外偏斜Ｌ　５。　

时，缆风绳安全系数为３．３１，略小于规范要求的３．５；偏斜角为　

５。时，安全系数降为１．２。故起重机单门工作时应禁止歪拉斜　

吊，最大偏角不得超过１．５，否则应加大钢丝绳直径。　（４）缆风绳弹性模量Ｅｓ对门架刚度有较大影响，　＝　

０．７×１０ｓＭＰａ时，门架顶部在门架平面外的水平位移达　

１０３０ｒａｍ；Ｅｓ＝１．２×１０　ＭＰａ时，位移降为６３８ｍｍ，满足规范要求　的６４０ｍｍ。故应将缆风绳弹性模量限制在１．２×１０　ＭＰａ以上；　

（５）起重机门架在滑移法安装竖立的始吊状态时，柱的最大　

挠度为８１ｍｍ，大于规范限制的７０ｍｍ，故应设法减小安装时柱　

的变形。　

部分主要项目计算值见表３。　

５结语　

（１）风载同时加在门架平面内和平面外，并考虑了被吊物品　

的风载：　■母　－　跫－　ｔ篮毒，　－。　．■；　｛　

‘　‘Ｉ　维普资讯 http://www.cqvip.com 机械设计与制造　

一２０一　Ｍａｅｈｉｎｅｒｖ　Ｄｅｓｉｇｎ＆　Ｍａｎｕｆａｅｔｕｒｅ　第１１期　２００６年１１月　

文章编号；１００１—３９９７（２００６）１１—００２０—０３　

直线度平面度公差的快遽评定测点分类法　

岳武陵　吴勇（南通大学机械工程学院．南通２２６００７）　

Ａ　ｆａｓｔ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｒａｉｇｈｔｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｆｌａｔｎｅｓｓ　ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　ｂｙ　

ｔｈｅ　ｍｅａｎ　ｏｆ　ｃｌａｓｓｉｆｙｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｐｏｉｎｔｓ　

ＹＵＥ　Ｗｕ—ｌｉｎｇ，ＷＵ　Ｙｏｎｇ（Ｍｅｅｌｍｉｅａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｔｏｎｇ　２２６００７．Ｃｈｉｎａ）　

，。‘。’。。。‘　‘。‘。。。　。’　‘。‘。。　。’。’　‘。。。。。’。‘　‘。‘。。　’。’　‘　‘。‘。。。。。。。‘　。。’。　。’。‘。’　‘。。。‘。。。‘。‘。’　。。’。。　‘。‘　’。。。。　‘。　；　【摘要】在直线度、平面度公差判定的最小包容区域法中提出一个新的、快速的实施方法。新方法　

ｌ将所有测量点分成“高点”、“低点’’和“鞍点’’三种类型。并指出最小包客区域法中的最高点只出现在　

“高点”中，最低点只出现在“低点”中，最高（低）点不会出现在“鞍点”中　这样极大的减少了搜索的范　

围，提高了软件的效率，而且测量点越多，效果越显著。通过７Ｏ个测点平面度评定的典型算例，表明　

此算法比传统的最小区域法要快几十倍。　

关键词：直线度：平面度；公差；最小包容区域法；评定　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａ　ｎｏｖｅｌ　ａｎｄｆａｓｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ电纷　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅｆｌａｔｎｅｓｓ　ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　

ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｚｏｎｅ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｏｕｒ聊　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｍｏｔｉｖａｔｅｄ　ｔｈｅｆｉｎｄｉｎｇ　ｔｈａｔ　ａｌｌ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅ　

ｐｏｉｎｔｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｒｅｅ　ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ：ｈｉｇｈ，ｌｏｗ　ａｎｄ　ｓａｄｄｌｅｐｏｉｎｔｓ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｍａｘｉｍｕｍ　ｈｉｇｈ　ｐｏｉｎｔｓ　ｉｎ　

Ｍｉｎｉｍｕｍ　ｇｏｎｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　Ｄｎ　ｂｅｌｏｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｅｔ　ｏｆｈｉｇｈｐｏｉｎｔｓ，Ｍｉｎｉｍｕｍ　ｌｏｗｐｏｉｎｔｓ　ｂｅｌｏｎｇｓ　ｔｈｅ　ｓｅｔ　ｏｆｌｏｗ　

ｐｏｉｎｔｓ，ａｎｄ　ｎｅｉｔｈｅｒ　ｏｆｔｈｅｍ　ｃｏｕｌｄ　ａｐｐｅａｒ　ｉｎ　ｓａｄｄｌｅ　ｐｏｉｎｔｓ．啦ｒ　ｄｉｖｉｄｉｎｇ　ａｌｌ　ｔｈｅ　ｐｏｉｎｔｓ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅｉｒ　

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｗｅ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆｓｅａｒｃｈｉｎｇ￣ｅｒａｔｉｏｎｓ。ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｓｐｅｅｄ　ｕｐ　ｉｓ，∞ｒｅ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ａｓ　

ｔｈｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆｐｏｉｎｔｓ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．Ａｓ　ｉｎ　ｏｕｒ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｆｏｒ　７０　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｐｏｉｎｔｓ，ｏｕｒ　ｍｅｔｈｏｄ　ｌｅａｄｓ　ｔｏ　Ｉｅｒ　ｔｔｍｅｓ　ｓｐｅｅｄ　ｕＤ　ｏｔＪｅｒ　ｔｒａｄｔｔｔｏｎａｔ　ｍ‘ｎ‘ｍｕｍ　ｇｏ／ｌ￣ｍｅｔｈｏｄ．　●　■　■●　●　’　●　●　●　■　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｔｒａｌｇｈｔｎｅｓｓ；Ｆｌａｔｎｅｓｓ；Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ；Ｍｉｎｉｍｕｍ　ｚｏｎｅ　ｍｅｔｈｏｄ；Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　

．ｏ　中图分类号：１Ｉ＂Ｉ１６１．１２文献标识码：Ａ　

１引言　

作为表面的一个要素，直线度误差的测量是通过寻找包含　

★来稿Ｉ＝Ｉ期：２００６—０３—０３　．－＿　●・’　●　ｎ・　呻…一　．．一－●・Ｈ’●・＾‘．．。－’●…●。忡＿．．・・　．ｔ¨‘●　“ｑ－¨．‘●…¨　．．　袭３　１２ＭＮ／６４ｍ工况计算结果　此要素的两条平行线的最小距离。在数学上可以定义为：已知ｎ　

个测点Ｐｆ（ｉ＝１。……．ｎ）的集合ｓ，确定能包含点集的、有最小　

距离的两条平行直线。这两平行线定义了点集ｓ必需落在里面　

计算项目　计算结果参考许用值结论　结构　柱中部在门槊平面内水平方向位移－ｍｍ　３１．２　９１　满足　剐崖　门架顶部在门槊平面外水平方向位移．ｍｍ　３７７　６４０　满足　主横粱跨度中点的挠度。ｌｌＩ｜ｎ　１０．５　１３．１４　满足　门架整体稳定性安全系数　Ｉ．６６　２．０　满足　柱分肢稳定性计算的压应力．ＭＰａ　２３４．０　３３５　满足　结　翼缘宽厚比　１１．３３３　１１．９５４　满足　望　撞分肢周部稳定性腹扳宽厚比　１１．３３３　ｌ４．４２５　满足