国家近年来大力提倡发展新能源,在风力发电方面也进行了大量研究,为了解决风电机组设备由于高、悬、难的状况带来的维护维修不便的问题,成都西部泰利起重机公司提出了开发研究一种风电自携带桥式起重机,安装于风电机组机舱内,专门用于风电机组设备的日常维护和维修工作。
由于风电机组机舱内部空间有限,所以这种新型桥式起重机和普通的桥式起重机相比,其起升机构和运行机构的动力部分都采用“三合一”形式,并且内藏于金属结构中,主梁跨度非常短,各种尺寸都比较紧凑,但是又必须满足刚度和强度的要求,且由于安装位置高,一般都在70~120m之间,所以对振动非常敏感,不允许发生大的振动;因此有必要对这种桥式起重机的关键结构主梁进行模态分析,以得到其固有频率和振型,防止共振的产生。
杭州那泰有限元分析公司运用有限元理论,对这种新型风电自携带桥式起重机的主梁进行建模和动、静态性能有限元分析,得到主梁在满载工况下的变形情况和应力分布情况,以及固有频率和振型,为今后新型桥式起重机的生产、设计和制造提供参考。
本文分析的新型桥式起重机主梁是由Q345B钢板焊接而成的偏轨箱形梁结构,由上、下盖板和左、右腹板,以及一些横向和纵向加强筋构成。
主梁的主要技术参数:工作级别为A3,额定起升载荷为75t,跨度为5.5m,主梁高度为618mm,上、下盖板厚度为24mm,左、右腹板高度为570mm,左、右腹板厚度为12mm,腹板内壁间距为276mm。
在对主梁结构进行有限元静、动态分析之前,首先要建立主梁有限元模型,而有限元模型是否合理将直接影响到有限元最终分析结果的准确性。桥式起重机箱型主梁有许多横向筋板和纵向筋板,以及一些小三角筋板,结构较为复杂、承受载荷的情况也比较复杂,当考虑所有的影响因素去建立主梁的有限元模型时会比较困难。为了方便模型的建立,同时又要保证模型的合理性和有效性,需要对模型进行一些合理的简化,主要在以下几个方面做简化:
1)忽略小车轨道。小车轨道对主梁静刚度和强度有一定的加强作用,故简化后静力分析得到的主梁结构的位移和应力结果将偏于安全。
2)只保留大的横向隔板而不考虑纵向加强筋和一些小的三角加筋板。纵向加强筋和小三角加筋板主要是为了提高腹板和翼缘板的局部稳定性,对主梁整体结构的刚度和强度影响不大。
3)忽略翼缘板外伸部分。翼缘板外伸部分主要是为了改善焊接条件,提高焊缝焊接质量而设计的,对主梁整体结构的刚度和强度影响不大。
将简化后的主梁模型导入到ANSYS软件中,选择单元类型为Solid45,设置材料弹性模量3.1×1011N/m2,泊松比μ=0.3,材料密度ρ=7.85×103kg/m3。对模型进行自由智能网格划分,整个模型划分的单元数为31764,节点个数为10440。
由于主梁是偏轨梁,对主梁进行静力学分析主要是研究其在满载工况且位于跨中最危险位置时,主梁的变形、下挠度和应力分布情况。
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