基于ANSYS的龙门转运车正轨箱形主梁力学性能分析

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M echanical Properties Analysis of the M iddle.rail BOX Girdert0 Transfer Gantry Based on ANSYSWANG Wen-ying，LI Cheng-shan，ZHAO Han(NFC(Shenyang)Metallurgical Machinery Co.，Ltd.，Shenyang 1 10141，China)Abstract：Transfer Gantry is one of the key critical auxiliary equipments for maintenance and overhaul ofthe aluminum electrolytic equipment and used for transferring cathode crane and pot.It introduced basicstructure of transfer gantry and middle-rail box girder.It ascertained three boundary conditions of maingirder according to actual conditions，and analyzed the deformations of main box girder applying modernfinite element method，and determined the possibly existing bearing model of main girder in the runningof transfer gantry.It provided effective and intuitive basis to the design of synchronous operation of thetransfer gantry，rail mounting，strengthening of main girder。

Key words：transfer gantry；middle-rail box girder；mechanical properties；finite element method0 概述龙门转运车是铝电解设备维护和检修的关键辅助设施，主要用于在各车间之间转运铝电解多功能机组 、阴极起重机、电解槽等重要 电解设备 。由于铝电解车间环境恶劣 ，具有强磁尝高温、多粉尘等严重影响维护和检修的因素，直接在 电解车间维护 和检修存在较大安全隐患和弊端。因此，应用龙门转运车将设备转运至维修车间，或为满足生产需要，在[收稿 日期]2012-10-23[作者简介]王文莹(1985-)，男，辽宁沈 阳人，助理工程师，大学本科 ，主要从事铝电解多功能起重机设计研发工作。

李承山(1982-)，男，四川I岳池人，工程师，硕士，主要从事铝电解多功能起重机设计研发工作。

赵 含(1973-)，男，辽宁沈阳人，高级工程师，大学本科，主要从事铝电解多功能起重机设计研发工作。

22不同电解车间调配电解设备成为现代化铝电解行业提升效率、增加设备利用率、提高设备使用寿命和消除安全隐患的技术引入点。对铝电解多功能机组及阴极的维修或更换，缩短停机等待时间，降低维护成本等众多方面起着至关重要的作用 。

龙门转运车所需转运 的阴极起重机及其 吊重总计最高达到 520 t，对龙门转运车的性能提出较高要求 ，而作为龙门转运车的主要承载部件-- 主梁 ，其刚性条件要求将更为突出。主梁的整体刚性条件主要表现为下挠变形情况 。主梁结构设计主要采用传统力学方法，并简化模型以力学方法进行结构校核。对于承载要求较高的龙门转运车，传统力学方法不能全面体现主梁所有位置的变形和应力情况，对于首次设计容易忽略掉较多重要的危险部位。

本文首先介绍了龙门转运车及其主梁结构，根据主梁实际工况确定了三种边界条件，应用有限元软件 ANSYS对龙门转运车正轨箱型主梁进行有限王文莹等：基于 ANSYS的龙门转运车正轨箱形主梁力学性能分析元建模和受力分析，确定了龙门转运车运行过程中可能存在的主梁承载模型。

1 龙门转运系统基本原理和结构龙门转运系统由结构相互对称的2台龙门转运车组成。而龙门转运车主要包括固定主梁 1、固定支架 2、活动支架 3等部件，其结构见图 1。当需转运电解车或阴极车等设备时，龙门转运车运行至电解车间内，与厂房轨道对接，电解车或阴极车从厂房轨道运行至龙门转运车上，停止并进行固定，再由龙门转运车转运至维修车间。

1.主梁 2.固定支架 3.活动支架图 1 龙门转运车的结构简 图龙门转运车主梁与普通起重机主梁类似，通过板材焊接而成 ，见图 2。主梁长度-般 根据车间过道宽度、被转运设备宽度来确定，主要为了保证转运车支架中段承受主要载荷。本例设计的龙门转运车主梁跨度为 10.4 m，总长度为 13.36 m，总重为11.932 t，龙门转运系统的最大设计承载重量为520 t。

轨道上盖板腹板中间隔板中间腹板下盖板图 2 主梁横截 面简图主梁主要通过上表面轨道承受被转运设备集中载荷作用。以目前最重被转运设备阴极天车为例，阴极天车共 8个轮，单个轮压为65 t。按阴极天车单侧轮距 2800 mm、3550 mm和 2880 mm位置分别作用于主梁顶部轨道，见图3。

2800 3550 280oF l， F l F J. tl外支撑 内支撑图 3 主梁受力简图2 有限元建模及边界条件2.1 网格模型箱型主梁为板壳结构，在有限元建模过程中-般以壳结构来模拟。主梁承载问题为简单刚性问题，采用壳单元 shel63能够满足其模型要求。通过对主梁模型的网格划分及试算，确定最终合理的网格模型。

2.2 边界条件(1)位移边界条件根据主梁结构及龙门转运车运行情况，确定以下三种位移边界条件 ：工况-：完全约束固定端外侧和内侧支撑，移动端支撑释放主梁长度方向移动自由度和绕端部的旋转 自由度；工况二：完全约束固定端外侧支撑，固定端内侧活动支撑支撑允许在主梁高度和长度方向上有 1-4 mm位移，移动端支撑释放主梁长度方向移动 自由度和绕端部的旋转自由度；工况三：固定端仅约束外侧支撑，移动端支撑释放主梁长度方 向移动 自由度和绕端部的旋转 自由度。

(2)载荷边界条件载荷主要 以集 中轮压方式作用在主梁上表面 ，考虑轨道对集中载荷区域分散因素，单个轮压在相应位置以多个节点来承受，具体施加位置见图3。

3 结果及分析针对主梁实际使用中可能存在的三种工况进行分析，提取各工况的受载变形结果，见图5。从图中23王文莹等：基于 ANSYS的龙门转运车正轨箱形主梁力学性能分析从上述计算结果可以看出，图5d是不考虑固定端斜支撑对主梁下挠影响的变形情况。因此，主梁在工况-和工况二斜支架下挠较小时，斜支撑对主梁下挠的影响较大。设计过程 中斜支撑主要作用是限制主梁在水平方向上 的位移大小 ，不应 承受较大竖直方向的载荷作用 ，否则 将影响固定端 主支撑 的刚性和稳定性，设计中需要着重考虑斜支撑的位置及角度等因素。

4 结论通过对龙门转运车主梁在三种工况下的受力分析，比较了各工况下主梁的变形情况，并分析了主梁固定端不同约束情况下对主梁刚度的影响情况，确定了设计过程中需要着重注意固定端斜支撑的设置位置和角度。有限元计算方法的引入，为龙门转运车主梁接都设计提供了-种有效的分析方法。