900t高位搬運機的主梁設計

王學東

摘要：介紹了高位搬運機的主要特點，重點闡述了主梁的結構形式。主要計算了主梁的剛度、強度和穩定性，結構安全、可靠。該設備的成功研制，對解決高位搬運機設備的研制具有重要意義。

關鍵詞：高位搬運機 主梁設計 有限元

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

1.概述

滬昆高速鐵路是我國“四縱四橫”的快速客運通道之一，也是我國東西向線路里程最長、影響范圍最大、經過省份最多的高速鐵路，線路由東面的上海，途經杭州、南昌、長沙等省會城市，西至昆明。建成后，長沙將升級為一個鐵路樞紐城市，整體線路全長2264公里。

高位輪胎式搬運機是為滿足鐵路客運專線900t箱梁的吊裝需要而設計的。整體起升高度較一般搬運機要高，主要完成梁場內32m、24m及20m雙線整孔預制混凝土箱梁的吊運，或在預制場內為YL900運梁車裝梁，還可以用于預制場箱梁預扎鋼筋和內模的整體吊裝。

2.雙主梁高位搬運機應用

MDEL900S輪胎式搬運機額定起重量為900t，起升高度達到20.5m，比傳統搬運機起升高度提高一倍，適應線路坡度為15‰。主要由主梁、支腿、車架、吊梁小車、主動輪組、從動輪組、轉向機構、動力系統、電氣系統、液壓系統、司機室等組成。主梁的跨度為40.5m，總長43.74m，是搬運機結構中的重要受力部件，其設計的好壞直接關系到整機的安全性。圖 1為雙主梁搬運機起吊架橋機工況現場施工圖。

圖 1 搬運機起吊架橋機工況

3.主梁結構形式

主梁采用箱型截面，具有良好的結構性能。隨著起升高度的增加，為了滿足高位寬式支撐、低位寬式支撐、低位窄式支撐等幾種工況，主梁采用雙主梁的結構形式，在中部和兩端通過橫聯連接在一起，形成一個整體。

由于本設備的起升高度相比于傳統搬運機提高了一倍，在采用傳統單主梁的結構形式時，主梁下撓量很大，主梁的剛度很難達到設計要求，為了提高主梁的剛度和減小主梁的截面，故采用雙主梁的結構形式。

每根主梁由五個節段拼裝而成，每個節段均采用焊接箱型結構，見圖 2。為保證箱型結構的穩定性，箱梁設有加強筋和隔板，并在箱梁內部設有加強結構。在主梁與支腿兩端連接均是采用法蘭連接，整個門式采用雙剛性連接。

圖 2 主梁結構

4.主梁截面設計

根據主梁受力的各種工況，分析其最不利的受力情況，確定主梁的截面（圖 3）。主梁高度為3000mm，截面寬度為1300mm，上下翼緣板厚30mm，腹板厚度12mm。

圖 3 主梁截面

根據《起重機設計手冊》，計算主梁整體的穩定性、主梁腹板的局部穩定性和主梁翼緣板的局部穩定性。

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4.1.主梁整體穩定性

由主梁截面可知，其高寬比為：

受壓翼緣板的自由長度與其寬度之比為：=68.7

其中為鋼材的屈服強度，因此不計算整體穩定性。

4.2.腹板局部穩定性

受彎構件腹板的局部穩定性主要通過設置加強筋來保證?？梢愿鶕拱甯叨萮0與腹板厚度之比確定。本設備中，，對于Q345C，

故需設置橫向加強筋，并在腹板受壓區設置兩道縱向加強筋。本搬運機中，為了提高主梁的剛度，在腹板區域設置了三道縱向加強筋。

4.3.翼緣板局部穩定性

對于箱型梁，受壓翼緣板可控制其寬厚比來保證局部穩定性，當腹板之間的受壓翼緣板b0與受壓厚度之比時需要加縱向加強筋，本截面中，需要加縱向加強筋。

當設置一道縱向加強筋時：，滿足設計要求。

5.有限元分析

5.

5.1.有限元模型的建立及邊界條件

對該搬運機的雙主梁進行有限元分析計算，由于主梁主要由板焊接而成，故選用shell63單元進行模擬，該單元每個節點具有6個方向的自由度，能夠很好的表現主梁的受力特性。根據主梁結構，建立主梁的有限元模型，并進行網格劃分（圖 4）。

圖 4 有限元模型

給模型施加邊界條件，在支腿連接處分別施加X、Y、Z三個方向的位移約束，并根據工況添加載荷。綜合考慮，作用于主梁上的載荷主要由如下幾部分組成：：○1 主梁的自重，均布加載于模型上；○2 吊梁小車重量30t，施加在主梁上；○3 起升機構10t，施加在前后橫梁上；○4 梁片載荷，考慮32m 梁（900t）、24m 梁（686t）和20m（545t）梁三種梁片，以及偏載的不利工況。

5.2. 有限元分析

根據簡支梁模型分別計算32m、24m、20m 三種梁型的有限元分析，通過有限元計算后得到主梁的強度應力分布圖。根據《機械設計手冊》， 關于板厚16mm35mm 的Q345C 材料的屈服極限為325MPa，取安全系數為1.33，則許用應力為。

由圖5 可以知道32m 梁工況下應力最大值為243.8MPa，但是在最大應力發生的地方是局部應力，已經通過結構優化補強，故主梁整體強度滿足設計要求。

圖5 32m 梁工況下應力云圖

由圖6 可以看出雙主梁在該工況下的位移下撓量最大有f=69mm，由于主梁本身的自重等產生一定的下撓變形量，故根據以往設計經驗，只需要滿足f

圖6 32m 梁工況下位移云圖

6. 結束語

通過上述計算，主梁的強度、剛度和穩定性均滿足設計要求。MDEL900S 雙主梁高位搬運機的設計，突破了以往搬運機較低起升高度的限制，采用雙主梁的結構型式，安全可靠，滿足梁場內高位和低位幾種工況的需要。該高位搬運機自應用以來，較好的完成了梁場內預制箱梁的起吊工作，取得了較好的社會和經濟效益。該設備的成功研制，為今后類似設備的研制積累了經驗。

參考文獻

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