淺析機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理問題范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了淺析機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理問題參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷增長，我國的港口機(jī)械制造行業(yè)呈現(xiàn)出繁榮發(fā)展的態(tài)勢，為港口貿(mào)易提供了充足的保障。港口機(jī)械制造行業(yè)的競爭越來越激烈，只有不斷完善港口機(jī)械制造的相關(guān)技術(shù)，才能夠保障企業(yè)的發(fā)展活力，提升企業(yè)在市場競爭中的有利地位。其中，港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理工作至關(guān)重要，是保障港口機(jī)械質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)。應(yīng)該不斷加強(qiáng)資金和技術(shù)投入，提升港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理的水平，促進(jìn)港口機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展。本文將從主要荷載、理論分析、模型處理和荷載計算等角度，對港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理問題進(jìn)行深入研究。

關(guān)鍵詞：港口機(jī)械；鋼結(jié)構(gòu)；細(xì)部處理

0引言

港口機(jī)械包含的種類豐富，比如門座起重機(jī)、輪胎吊、皮帶傳送機(jī)和卸船機(jī)等等，其中卸船機(jī)和門座起重機(jī)是兩種非常關(guān)鍵的港口機(jī)械設(shè)備，對于保障港口的生產(chǎn)效率具有至關(guān)重要的作用。卸船機(jī)承受的荷載有水平、垂直和側(cè)向的，主要包括起升荷載、自重、風(fēng)荷載等。港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)本身具有一定的復(fù)雜性，加上在工作生產(chǎn)中的受力狀況具有不確定性，導(dǎo)致了港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理成為保障其生產(chǎn)效率的關(guān)鍵點(diǎn)。對于自重的減輕，首先應(yīng)該保障港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度能夠滿足生產(chǎn)要求，這是因為整機(jī)重量和輪壓分布會受到港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)外伸距的影響。機(jī)械設(shè)備的翻重和起升荷載，是座式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)承受的主要荷載，也應(yīng)該與卸船機(jī)一樣加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的細(xì)部處理，保障其良好的應(yīng)用效果。

1港口門座起重機(jī)和卸船機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

卸船機(jī)主要由大車行走機(jī)構(gòu)、抓斗、漏斗、小車、臂架俯仰機(jī)構(gòu)、噴水壓塵系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)等構(gòu)成，能夠大大提升港口生產(chǎn)的效率，實(shí)現(xiàn)最大的組件標(biāo)準(zhǔn)化，在使用的過程中也無需頻繁維修，保障了運(yùn)行的可靠性[1]。港口門座起重機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括了傳動設(shè)備、驅(qū)動設(shè)備、取物設(shè)備、制動設(shè)備等，具有起升、回轉(zhuǎn)、變幅和運(yùn)行結(jié)構(gòu)。作業(yè)特征、要求和環(huán)境，是安頓起重機(jī)整體結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)。

2港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理問題分析

2.1主要荷載及細(xì)部處理問題

港口機(jī)械設(shè)備額定功率的制定，應(yīng)該由專業(yè)的技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況和設(shè)備情況進(jìn)行制定，這是提升工作效率和質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)，能夠保障在生產(chǎn)的過程中港口機(jī)械設(shè)備運(yùn)行良好，促進(jìn)港口生產(chǎn)活動的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，提升經(jīng)濟(jì)效益的同時，保障生產(chǎn)的安全性。在設(shè)計港口機(jī)械設(shè)備的過程中，其中最重要的一點(diǎn)就是避免設(shè)備出現(xiàn)較多的閑置時間，這是降低能耗、提升資源利用率的關(guān)鍵所在。對于港口機(jī)械設(shè)備自身容積的規(guī)定，是設(shè)計師在設(shè)計港口機(jī)械設(shè)備時應(yīng)該注意的問題，這也是整個設(shè)備的荷載基礎(chǔ)[2]。對于卸船機(jī)來說，抓斗容量的設(shè)計是關(guān)鍵點(diǎn)。為了避免斷裂情況因為卸船機(jī)局部承載力不足而出現(xiàn)，設(shè)計師還應(yīng)該不斷加強(qiáng)卸船機(jī)的細(xì)部結(jié)構(gòu)處理，能夠減少或者避免在卸船機(jī)中出現(xiàn)局部變形等情況。如果出現(xiàn)變形或者斷裂的狀況，不僅僅會影響港口的生產(chǎn)效率，延緩生產(chǎn)進(jìn)度，更會存在很大的安全隱患，對于工作生產(chǎn)人員造成嚴(yán)重的安全威脅。為了保障卸船機(jī)結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，應(yīng)該注重對于內(nèi)部桿件的實(shí)際連接情況的處理，這對于提升卸船機(jī)的性能具有重要意義。在焊接的過程中，應(yīng)該將一部分焊接工藝孔進(jìn)行預(yù)留，提升焊接的水平。在桿件施工的過程中，應(yīng)該嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范和流程，提升桿件施工的合理性與科學(xué)性[3]。在卸船機(jī)的常年工作中，故障最容易發(fā)生在桿件結(jié)構(gòu)和焊接點(diǎn)的位置，維護(hù)人員應(yīng)該對這兩個位置進(jìn)行定期檢修，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的安全隱患，采取具有針對性的解決措施，保障卸船機(jī)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，促進(jìn)港口生產(chǎn)活動的順利進(jìn)行。

2.2鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理的理論分析

在進(jìn)行港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)焊接的過程中，為了避免應(yīng)力集中的狀況出現(xiàn)，采取的焊接工藝應(yīng)該能夠避免三條焊接縫之間的交叉。為了避免三條焊接縫之間出現(xiàn)交叉，可以采用上述預(yù)留工藝孔的方式，但是這種方式也存在一定的局限性，那就是應(yīng)力集中的狀況會在工藝孔周圍區(qū)域出現(xiàn)，影響整個港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及應(yīng)用效果[4]。通過分析均勻受拉平板，能夠發(fā)現(xiàn)板應(yīng)力會受到圓孔的影響。尤其是當(dāng)板比較大而圓孔較小時，產(chǎn)生的應(yīng)力集中情況會更加明顯，應(yīng)力集中因子能夠表示板上兩個點(diǎn)之間的應(yīng)力比值，當(dāng)圓孔受到單項拉伸時，其應(yīng)力集中因子為3，當(dāng)圓孔受到水平和垂直兩個方向的拉伸時，其應(yīng)力集中因子為2。應(yīng)力集中是在港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理中經(jīng)常面臨的問題，當(dāng)局部增高的情況發(fā)生在應(yīng)力梯度時，就會出現(xiàn)應(yīng)力集中的狀況，尤其是當(dāng)港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)形狀出現(xiàn)嚴(yán)重變化時，應(yīng)力集中的情況會更加明顯，比如在缺口處、剛性約束位置、空洞處和溝槽處等等。疲勞性裂紋會因為應(yīng)力集中現(xiàn)象的存在，而出現(xiàn)在港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)中，也有可能導(dǎo)致斷裂狀況發(fā)生在脆性材料的零件中。物體的幾何形狀、加載方式等等，都會影響應(yīng)力集中處的最大應(yīng)力值，理論應(yīng)力的集中因數(shù)值和局部應(yīng)力的增高程度參數(shù)，可以通過應(yīng)力集中真實(shí)的反映出來，屬于峰值應(yīng)力與無應(yīng)力集中狀況下的名義應(yīng)力比值，荷載狀況與名義應(yīng)力比值無關(guān)。

數(shù)值方法和實(shí)驗方法，是確定港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中因素的兩種常見方法，對于圓孔有限大的矩形薄板兩端的均勻受拉情況，可以通過ANSYS軟件進(jìn)行分析，圓孔直徑和板寬比值，會對應(yīng)力集中因素產(chǎn)生一定的影響。利用ANSYS軟件對于應(yīng)力集中情況進(jìn)行分析，具有較強(qiáng)的可靠性，網(wǎng)格劃分的密度，也與應(yīng)力集中的因素收斂性之間存在密切關(guān)系。除了圓孔直徑和板寬比值會影響矩形薄板應(yīng)力集中因數(shù)外，長寬比也會造成一定的影響。根據(jù)上述應(yīng)力集中因子的規(guī)定可以看出，當(dāng)圓孔直徑和板寬比值接近于0時，那么應(yīng)力集中因素與3接近；當(dāng)長寬比大于2時，長寬比變化對于應(yīng)力集中因素的影響可以忽略不計，因此能夠利用近似值進(jìn)行計算[5]。在焊接人員對工藝孔進(jìn)行焊接的過程中，除了應(yīng)該避免焊接縫交叉之外，還應(yīng)該減少工藝孔周圍的應(yīng)力集中狀況，保障港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量穩(wěn)定性。

2.3港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)模型處理及荷載計算

在構(gòu)建模型的過程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照圖紙進(jìn)行，保障模型能夠符合港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，殼單元與梁單元混合的方式應(yīng)該應(yīng)用于有限元模型的構(gòu)建當(dāng)中，精準(zhǔn)應(yīng)力結(jié)果的獲取能夠在壁厚正方向?qū)崿F(xiàn)，線性和靜態(tài)是計算過程的兩種主要狀態(tài)[6]。

2.3.1港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建原則

避免在同一個模型中進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)和大車行走機(jī)構(gòu)的分析；梁單元的建模方式應(yīng)該應(yīng)用于整體鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中；殼單元的建模方式應(yīng)用于細(xì)部鋼結(jié)構(gòu)的處理中，剛性約束可以通過殼單元與梁單元的混合運(yùn)用來實(shí)現(xiàn)；注重立柱低端的約束力，保障能夠向三個方向進(jìn)行釋放；港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備工作中的荷載和節(jié)點(diǎn)重量，是荷載計算時應(yīng)該全面考慮的內(nèi)容；剛度的傳遞應(yīng)該保持適當(dāng)距離，對于三個方向的彎矩和力進(jìn)行充分考慮，形成平均應(yīng)力，能夠?qū)B接點(diǎn)的應(yīng)力分布情況進(jìn)行有效反應(yīng)。

2.3.2幾何尺寸

對于港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)的重要連接點(diǎn)進(jìn)行有效選擇，是建立計算模型的重要基礎(chǔ)和前提，還需要對網(wǎng)格規(guī)劃情況進(jìn)行嚴(yán)格分析，2.5-10cm是單元大小的合理范圍，建模工作應(yīng)在全局坐標(biāo)下進(jìn)行。在建模的過程中，X軸與大車的軌道方向垂直，Y軸沿豎直方向，Z軸與大車軌道方向平行[7]。

2.3.3聯(lián)接點(diǎn)幾何特征

聯(lián)接點(diǎn)模式主要包括：直徑700×12的圓管作為后拉桿；700×12的圓管作為后拉桿連接板和后拉桿直徑；3200mm×1800mm為聯(lián)接板尺寸；1500×1000梁作為后大梁的聯(lián)接拉桿；300×8的圓管作為側(cè)邊圓管；980mm×720mm的箱型梁作為聯(lián)結(jié)以后大梁及上橫梁桿件。

2.3.4計算過程

邊界條件為模型支撐，保持距離的合理性，傳遞剛度，對于三個方向的力和彎矩進(jìn)行分析，組合應(yīng)力形成平均應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)連接點(diǎn)應(yīng)力分布情況的分析[8]。

2.4計算結(jié)果分析

在材料的選取中，應(yīng)該嚴(yán)格按照要求進(jìn)行，Q345材料，極限345MPa，材料線性彈性模型量E=2.1×105MPa。

2.4.1聯(lián)接點(diǎn)計算結(jié)果分析

230MPa為平均應(yīng)力值，處于前拉桿聯(lián)接板與大梁連接處的后拉桿。連接后大梁后拉桿的圓管，較容易出現(xiàn)危險點(diǎn)。焊接工藝孔造成的截面變化，是引起應(yīng)力集中的重要原因，并且會在相鄰區(qū)域產(chǎn)生擴(kuò)散，降低最大應(yīng)力的方式是覆蓋工藝孔。541MPa為后拉桿圓管集中應(yīng)力值，230MPa為工藝孔被覆蓋后的最大應(yīng)力值。230MPa為工藝孔被覆蓋后的后大梁最大應(yīng)力值，能夠保障生產(chǎn)的安全性。

2.4.2降低應(yīng)力的方法

為了對傳力的路徑進(jìn)行改變，避免在應(yīng)力孔周圍傳力，可以采用焊接長腰型蓋板的方式，能夠有效減少應(yīng)力集中的區(qū)域。此外，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)板插入深度增加的方式，也能夠起到降低應(yīng)力的作用，主要是通過增加截面過渡平緩度來實(shí)現(xiàn)。

3結(jié)語

有限元分析法，是在進(jìn)行港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理問題分析時的常用方法，對于港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力處理，是細(xì)部處理中的關(guān)鍵內(nèi)容。工作人員應(yīng)該對于應(yīng)力集中的部位進(jìn)行深入分析，利用數(shù)值方法和實(shí)驗方法，確定港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中因素。在構(gòu)建模型的過程中，應(yīng)該嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范和原則，對于幾何尺寸和聯(lián)接點(diǎn)結(jié)合特征進(jìn)行深入研究，有助于應(yīng)力值的有效計算。

參考文獻(xiàn)：

[1]張穎，俞道龍.港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理問題[J].黑龍江科學(xué)，2017，8（06）：148-149.

[2]尹遜，張闖.港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理問題的研究[J].科技展望，2016，26（20）：58.

[3]甘文兵，毛磊，戚戰(zhàn)鋒.基于有限元法的卸船機(jī)鋼結(jié)構(gòu)開裂原因分析[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2014，27（06）：52-53，57.

[4]賀文輝.港口機(jī)械構(gòu)件疲勞強(qiáng)度分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（23）：115.

[5]劉偉，任永杰.關(guān)于大型港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理問題的研究[J].科技傳播，2012，4（17）：40，36.

[6]王勇.基于ANSYSWorkbench的卸船機(jī)鋼結(jié)構(gòu)分析[D].吉林大學(xué)，2012.

[7]童民慧，王悅民.大型港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理問題的研究[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2008（11）：70-73.

[8]謝天生，朱建華，呂廣宇.港口機(jī)械安全性與港口生產(chǎn)安全[J].港口裝卸，2005（05）：119-120.

作者:彭云卿 單位:上海電力環(huán)保設(shè)備總廠有限公司