基于ANSYS的大吨位双回转铁路起重机吊臂结构的分析及研究.ppt

论文题目 基于ANSYS的大吨位双回转铁路起重机吊臂结构的分析与研究 学 生：李轩灏 专 业：机械设计制造及自动化 班 级：2007级 学 号：2074020348 指导老师：崔承勋 讲师 铁路起重机图片 研究背景 目前，国际上有90%的机械产品和装备都采用有限元进行分析，进而进行修改和优化。而国内起重机设计仍延续传统的设计方法，用有限元进行吊臂结构分析还不多。本文试图利用ANSYS软件对每节吊臂进行分析，设计出重量较轻，结构合理的起重机吊臂结构。 ①减轻吊臂结构重量，提高其力学性能。 ②充分发挥材料性能，使吊臂结构更加合理。 研究目的 研究意义 ①结构更合理。传统的起重机吊臂造价高，设计结构不合理，吊臂寿命低，在铁路救援中极易损坏。 ②性能最优化。通过ANSYS有限元软件对吊臂结构的分析，设计出更理想的双回转铁路起重机吊臂。 铁路起重机结构图 双回转铁路起重机吊臂结构的分析 1单元选取 本文对吊臂结构选用实体单元(solid element)建立吊臂的实体模型，在建模方面，利用ANSYS强大的建模功能，可以很直观的反映吊臂受力时结构的变形。 2 结构简化 实践证明，对于一个复杂结构在不影响计算精度的前提下，做些适当的简化工作是必要的。对于像吊臂这样的大型复杂结构，有限元网格划分基本上是按照自然结构形状进行的。结构简化时并不是简单的去掉一些部位，如滑轮组等部分，而是按照等刚度原则进行等效处理，即要求结构简化前后，在相同的受力状态及边界条件下，各节点产生相同的位移，也就是说消耗的变形能相同。 吊臂结构图 起重机吊臂整体受力图 吊重Q=70t ,S=14t,N=148t 加载和约束 材料参数 弹性模量为：2.1×105N/mm2； 泊松比：0.3； 材料密度：7.85×10-6kg/mm3； 重力加速度：9.8m/s2； 吊重Q=70t ,S=14t,N=148t 基本臂受力情况及约束 为了求解方便，本过程只考虑吊臂自重，变幅油缸对吊臂的力及二节臂对吊臂的作用力。 闹表后盖模具立体装配体 吊臂基本臂的网格划分 基本臂施加载荷变形图 位移变形图 加载后应力及变形图 基本臂的模态分析 双回转铁路起重机吊臂结构通常只需要计算前几阶模态。利用前面建立的有限元模型运用ANSYS软件进行结构模态分析得出前5节固有频率及相应的振型位移云图。 1阶模态显示 2阶模态显示 3阶模态显示 4阶模态显示 5阶模态显示 二节臂受力情况及约束 为方便求解，部分力忽略 二节臂施加载荷变形图 二节臂位移变形图 加载后应力及变形图 二节臂的模态分析 1阶模态显示 2阶模态显示 3阶模态显示 4阶模态显示 5阶模态显示 应力结果分析 由基本臂和二节臂变形图可知，在基本臂变幅油缸上铰支座与吊臂连接处，该部位的应力比较集中，二节臂吊具处也超过了应力的安全值，因此在设计中需注意材料的选择 模态结果分析 从振型分析中可知，基本臂与二节吊臂接触处参与了多种形式的振动，为确保结构预期的疲劳寿命，应在设计和制造中加强接触处的连接强度。重视该部位焊接质量，以提高其疲劳寿命。 总结 ANSYS强大的建模和分析功能能够比较真实的模拟铁路起重机吊臂结构并对其进行结构分析，通过与实际情况的对比，可知其计算结果的可靠性相当高。在基本臂的前部，所受的载荷比较的大，因此如没有加强筋和上盖板外侧焊接补强板的承载，必然会导致局部应力的异常增大，由此也说明了在实际设计中此处采用加强筋和补强板的合理性和必要性。 谢谢大家 请各位老师批评指正！