1臂架結構型式及選用門座起重機臂架結構型式通?？煞譃閮煞N：一種是實體式，另一種是桁架式。

 

    實體式是指整個臂架主要為單根變截面箱型梁型式（），沒有復雜的桿系。實體式臂架由于結構簡單、綣護方便，在小幅度的門座起重機上被廣泛地選用。九院過去幾十年所設計的大量門座起重機，幅度在40米左右的四連桿組合臂架式門座起重機，其臂架大多都是采用實體式。

 

    桁架式臂架包括圓管式桁架結構和箱型大桿桁架結構、以及兩種截面型式同時出現的混合結構。圓管式桁架結構的臂架（）多用在單臂架門座起重機中，因為單臂架門座起重機臂架較長，圓管式桁架結構的臂架較其他型式的臂架重量輕，而且外觀顯得輕巧流暢。在北海船廠的兩臺單臂架門機設計中用戶就指定臂架為圓管式桁架結構，這兩臺起重機*大吊重分別為32噸和45噸，*大幅度都為76米，其幅度之大在單臂架門機中也很少見。箱型大桿桁架的臂架（）多用在大幅度的四連桿門座起重機中，因為該類門座起重機的臂架受力較大，其箱型截面大都在1000*1000左右，用焊接的箱型結構制造工藝性好，所以在大幅度的四連桿門座起重機中，較多選用箱型大桿桁架結構型式的臂架。滬東、中華船廠的S4073、S4576和S4058門機，大連船廠的S4073和S4062門機，上海船廠的S4070門機，渤海船廠S3262門機，其臂架都為箱型大桿桁架結構。這種型式的臂架自重優勢介于圓管桁架式臂架和實體式臂架之間，箱型截面尺寸較大，工藝性好。借助力學分析軟件對箱型截面的尺寸確定相對容易，但箱型大桿連接處的節點處理較為困難。

 

    此外還有一種混合結構的臂架（），其桁架桿中既有箱型截面的桿件，又有圓截面的桿件。上海船廠150噸杠桿滑輪組補償的單臂架門機就采用這種混合結構型式，這種結構綜合了箱型截面桁架和圓管桁架的優點，既能承受大載荷，又具有良好的工藝性。通過對臂架的有限元分析，將受力較小的箱型截面腹桿，在長細比滿足的條件下，用小截面鋼管代替，還減薄了箱型弦桿的板厚，使臂架前部的桁架部分重量減輕，從而使臂架整體重心向臂架根部移動，可以減少平衡重。

 

    2設計要點**，對幅度較大的單臂架起重機，在臂架的設計中優先選用桁架式，尤其是對較長的受彎臂架。因為桁架結構型式重量相對輕，迎風面積小，這些特點對提高整機的穩定性有很大的作用。

 

    第二，在桁架結構的臂架中盡量采用圓管加節點板結構，也可采用圓管與箱型大桿組合的結構型式。因為桁架結構中腹桿一般受力較小，所以截面也較小，若采用焊接箱型結構焊縫較多，同時細長的桿焊接變形控制較難。圓管加節點板結構就可以克服這些難點，工藝性也大大改善。

 

    第三，桿件連接處的節點處理要特別注意，連接既要可靠，又要有良好的工藝性。

 

    下面列舉幾種常見的節點處理方法。

 

    其一是大截面箱型弦桿與小截面箱型腹桿連接（），這種連接問題在于截面的尺寸大小兩個方向不同，而連接要求截面中心重合，因此小截面的腹桿與大截面的弦桿相交時，必須在弦桿內襯小筋板。小筋板對準腹桿箱型面板，同時與弦桿箱型截面的腹板焊接，以便將腹桿的力傳遞到弦桿上。

 

    其二是同樣截面的箱型桿連接（），只需在弦桿內加橫隔板對準腹桿的面板。另一個方向由于尺寸相同，面板自動對準。

 

    其三是圓型和箱型截面桿的連接（）。圖中，弦桿是箱型截面梁，腹桿是鋼管。

 

    水平和垂直的圓管夾一塊節點板直接焊接在弦桿上。其節點板要對準箱型弦桿內的橫隔板，并和面板開坡口焊接，圓管與面板和節點板只需單面角焊縫即可。斜的圓管采用如圖所示連接，圓管作45度對稱切角，中間夾節點板，切口處用橢圓形板封焊。

 

    在以上兩種節點處理中，凡有節點板處箱型弦桿內都要有橫隔板或小筋板對準，以保證腹桿的力傳遞到弦桿上，同時節點也有足夠強度。

 

    此外，節點板的布置要使箱型弦桿內所需對準的筋板盡量少。因此節點板與箱型弦桿內的橫隔板應在同一平面（），這樣只需一塊橫隔板即可對準所有的節點板，制造簡化。

 

    2有限元分析臂架有限元分析中，計算常用ANSYS軟件。該軟件雖然很復雜，前處理也不太方便，但對臂架進行力學分析只需用其一兩種單元即可，建模時只需畫關鍵點和直線，操作很簡單。但有其后處理功能強大，可以得到很多需要的結果。如單元的軸向應力、彎曲應力、以及兩力合成，節點在三個坐標方向的變位，畫出單元的應力圖，生成臂架受力后的變形動畫，此外還有約束處的支反力、臂架自重等。下面就運用ANSYS軟件對臂架進行力學分析時要注意的問銓，作些說明。

 

    **，單元類型的選擇。在門機的臂架中，桿件的截面都是對稱的圓截面或矩形截面，因此大都選用三維對稱梁單元BEAM4.在對箱型大桿桁架結構臂架的分析中借助計算機，而采用手算，一般是將力學模型簡化為鉸接的桁架，這樣雖然可使計算大大簡化，但計算出的結果卻比剛接節點的要小。平時計算中都認為按鉸接計算偏于安全，所以在手算中經常采用。在ANSYS軟件中有對應的link8三維桿單元，建模也是畫關鍵點和直線，劃分網格后自動生成鉸接的節點。但實際情況是由于桿件的自重，在鉸接計算模型中都加到節點上，而沒有接均布載荷加到桿件上；還有因桿件偏心以及受力后變形引起的附加彎矩等種種因素，導致剛接節點模型計算出的應力比鉸接節點模型計算出的應力大，約大20%左右。簡化為剛性節點的模型與實際結構節點的性質更吻合，所以應采用剛節點的模型而不應該采用鉸接節點模型。

 

    第二，建模中復雜部分處理方法。在建模時常遇到臂架鉸點、頭部或根部等桿件不清晰處，這些地方都是較大的箱型或中間開孔較多，沒有清晰的桿件中心可取，因此要建立與實際很接近的模型是很費時費力的。而對臂架的有限元分析關鍵在于得出*優的截面尺寸，很快的確定出臂架的*大應力和估算出重量；至于局部細節要在施工圖中才能*后確定；所以沒有必要建出細部的真實模型。在建模時只要定好桿件中心的位置，以及各桿件中心交點的準確位置即可。至于局部處就用比一般桿件截面特性大一兩倍的數值賦以其截面特性。這樣既能減少建模工作量，又能使桿件部分的應力計算結果更趨于真實。還有根據分析的側重點不同，在建模時要靈活運用。如對上海船廠150門機臂架（）分析時，就只對臂架前部桁架部分進行分析。臂架根部箱型結構很復雜，建模難度大，而對前部桁架的分析影響不大；所以就取前部桁架進行分析，約束桁架根部四個節點，每個節點都是六個自由度全約束，這跟臂架實際受力情況相同。附150噸門機臂架模型圖和應力結果圖，見和0.0