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浅析机械钢结构细部处理问题

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摘要:随着经济水平的不断增长,我国的港口机械制造行业呈现出繁荣发展的态势,为港口贸易提供了充足的保障。港口机械制造行业的竞争越来越激烈,只有不断完善港口机械制造的相关技术,才能够保障企业的发展活力,提升企业在市场竞争中的有利地位。其中,港口机械钢结构细部处理工作至关重要,是保障港口机械质量的关键点。应该不断加强资金和技术投入,提升港口机械钢结构细部处理的水平,促进港口机械制造行业的发展。本文将从主要荷载、理论分析、模型处理和荷载计算等角度,对港口机械钢结构细部处理问题进行深入研究。

关键词:港口机械;钢结构;细部处理

0引言

港口机械包含的种类丰富,比如门座起重机、轮胎吊、皮带传送机和卸船机等等,其中卸船机和门座起重机是两种非常关键的港口机械设备,对于保障港口的生产效率具有至关重要的作用。卸船机承受的荷载有水平、垂直和侧向的,主要包括起升荷载、自重、风荷载等。港口机械钢结构本身具有一定的复杂性,加上在工作生产中的受力状况具有不确定性,导致了港口机械钢结构细部处理成为保障其生产效率的关键点。对于自重的减轻,首先应该保障港口机械钢结构的刚度和强度能够满足生产要求,这是因为整机重量和轮压分布会受到港口机械钢结构外伸距的影响。机械设备的翻重和起升荷载,是座式起重机钢结构承受的主要荷载,也应该与卸船机一样加强钢结构的细部处理,保障其良好的应用效果。

1港口门座起重机和卸船机的主要结构

卸船机主要由大车行走机构、抓斗、漏斗、小车、臂架俯仰机构、喷水压尘系统、牵引系统等构成,能够大大提升港口生产的效率,实现最大的组件标准化,在使用的过程中也无需频繁维修,保障了运行的可靠性[1]。港口门座起重机结构主要包括了传动设备、驱动设备、取物设备、制动设备等,具有起升、回转、变幅和运行结构。作业特征、要求和环境,是安顿起重机整体结构的主要依据。

2港口机械钢结构细部处理问题分析

2.1主要荷载及细部处理问题

港口机械设备额定功率的制定,应该由专业的技术人员根据实际情况和设备情况进行制定,这是提升工作效率和质量的关键点,能够保障在生产的过程中港口机械设备运行良好,促进港口生产活动的高效运转,提升经济效益的同时,保障生产的安全性。在设计港口机械设备的过程中,其中最重要的一点就是避免设备出现较多的闲置时间,这是降低能耗、提升资源利用率的关键所在。对于港口机械设备自身容积的规定,是设计师在设计港口机械设备时应该注意的问题,这也是整个设备的荷载基础[2]。对于卸船机来说,抓斗容量的设计是关键点。为了避免断裂情况因为卸船机局部承载力不足而出现,设计师还应该不断加强卸船机的细部结构处理,能够减少或者避免在卸船机中出现局部变形等情况。如果出现变形或者断裂的状况,不仅仅会影响港口的生产效率,延缓生产进度,更会存在很大的安全隐患,对于工作生产人员造成严重的安全威胁。为了保障卸船机结构的整体强度,应该注重对于内部杆件的实际连接情况的处理,这对于提升卸船机的性能具有重要意义。在焊接的过程中,应该将一部分焊接工艺孔进行预留,提升焊接的水平。在杆件施工的过程中,应该严格遵循相关规范和流程,提升杆件施工的合理性与科学性[3]。在卸船机的常年工作中,故障最容易发生在杆件结构和焊接点的位置,维护人员应该对这两个位置进行定期检修,及时发现其中存在的安全隐患,采取具有针对性的解决措施,保障卸船机运行的安全性与稳定性,促进港口生产活动的顺利进行。

2.2钢结构细部处理的理论分析

在进行港口机械钢结构焊接的过程中,为了避免应力集中的状况出现,采取的焊接工艺应该能够避免三条焊接缝之间的交叉。为了避免三条焊接缝之间出现交叉,可以采用上述预留工艺孔的方式,但是这种方式也存在一定的局限性,那就是应力集中的状况会在工艺孔周围区域出现,影响整个港口机械钢结构的质量及应用效果[4]。通过分析均匀受拉平板,能够发现板应力会受到圆孔的影响。尤其是当板比较大而圆孔较小时,产生的应力集中情况会更加明显,应力集中因子能够表示板上两个点之间的应力比值,当圆孔受到单项拉伸时,其应力集中因子为3,当圆孔受到水平和垂直两个方向的拉伸时,其应力集中因子为2。应力集中是在港口机械钢结构细部处理中经常面临的问题,当局部增高的情况发生在应力梯度时,就会出现应力集中的状况,尤其是当港口机械钢结构形状出现严重变化时,应力集中的情况会更加明显,比如在缺口处、刚性约束位置、空洞处和沟槽处等等。疲劳性裂纹会因为应力集中现象的存在,而出现在港口机械钢结构中,也有可能导致断裂状况发生在脆性材料的零件中。物体的几何形状、加载方式等等,都会影响应力集中处的最大应力值,理论应力的集中因数值和局部应力的增高程度参数,可以通过应力集中真实的反映出来,属于峰值应力与无应力集中状况下的名义应力比值,荷载状况与名义应力比值无关。

数值方法和实验方法,是确定港口机械钢结构应力集中因素的两种常见方法,对于圆孔有限大的矩形薄板两端的均匀受拉情况,可以通过ANSYS软件进行分析,圆孔直径和板宽比值,会对应力集中因素产生一定的影响。利用ANSYS软件对于应力集中情况进行分析,具有较强的可靠性,网格划分的密度,也与应力集中的因素收敛性之间存在密切关系。除了圆孔直径和板宽比值会影响矩形薄板应力集中因数外,长宽比也会造成一定的影响。根据上述应力集中因子的规定可以看出,当圆孔直径和板宽比值接近于0时,那么应力集中因素与3接近;当长宽比大于2时,长宽比变化对于应力集中因素的影响可以忽略不计,因此能够利用近似值进行计算[5]。在焊接人员对工艺孔进行焊接的过程中,除了应该避免焊接缝交叉之外,还应该减少工艺孔周围的应力集中状况,保障港口机械钢结构的质量稳定性。

2.3港口机械钢结构模型处理及荷载计算

在构建模型的过程中,应该严格按照图纸进行,保障模型能够符合港口机械钢结构实际情况,壳单元与梁单元混合的方式应该应用于有限元模型的构建当中,精准应力结果的获取能够在壁厚正方向实现,线性和静态是计算过程的两种主要状态[6]。

2.3.1港口机械钢结构模型构建原则

避免在同一个模型中进行钢结构和大车行走机构的分析;梁单元的建模方式应该应用于整体钢结构的设计中;壳单元的建模方式应用于细部钢结构的处理中,刚性约束可以通过壳单元与梁单元的混合运用来实现;注重立柱低端的约束力,保障能够向三个方向进行释放;港口机械钢结构自重、设备工作中的荷载和节点重量,是荷载计算时应该全面考虑的内容;刚度的传递应该保持适当距离,对于三个方向的弯矩和力进行充分考虑,形成平均应力,能够对连接点的应力分布情况进行有效反应。

2.3.2几何尺寸

对于港口机械钢结构的重要连接点进行有效选择,是建立计算模型的重要基础和前提,还需要对网格规划情况进行严格分析,2.5-10cm是单元大小的合理范围,建模工作应在全局坐标下进行。在建模的过程中,X轴与大车的轨道方向垂直,Y轴沿竖直方向,Z轴与大车轨道方向平行[7]。

2.3.3联接点几何特征

联接点模式主要包括:直径700×12的圆管作为后拉杆;700×12的圆管作为后拉杆连接板和后拉杆直径;3200mm×1800mm为联接板尺寸;1500×1000梁作为后大梁的联接拉杆;300×8的圆管作为侧边圆管;980mm×720mm的箱型梁作为联结以后大梁及上横梁杆件。

2.3.4计算过程

边界条件为模型支撑,保持距离的合理性,传递刚度,对于三个方向的力和弯矩进行分析,组合应力形成平均应力,实现连接点应力分布情况的分析[8]。

2.4计算结果分析

在材料的选取中,应该严格按照要求进行,Q345材料,极限345MPa,材料线性弹性模型量E=2.1×105MPa。

2.4.1联接点计算结果分析

230MPa为平均应力值,处于前拉杆联接板与大梁连接处的后拉杆。连接后大梁后拉杆的圆管,较容易出现危险点。焊接工艺孔造成的截面变化,是引起应力集中的重要原因,并且会在相邻区域产生扩散,降低最大应力的方式是覆盖工艺孔。541MPa为后拉杆圆管集中应力值,230MPa为工艺孔被覆盖后的最大应力值。230MPa为工艺孔被覆盖后的后大梁最大应力值,能够保障生产的安全性。

2.4.2降低应力的方法

为了对传力的路径进行改变,避免在应力孔周围传力,可以采用焊接长腰型盖板的方式,能够有效减少应力集中的区域。此外,实现节点板插入深度增加的方式,也能够起到降低应力的作用,主要是通过增加截面过渡平缓度来实现。

3结语

有限元分析法,是在进行港口机械钢结构细部处理问题分析时的常用方法,对于港口机械钢结构的应力处理,是细部处理中的关键内容。工作人员应该对于应力集中的部位进行深入分析,利用数值方法和实验方法,确定港口机械钢结构应力集中因素。在构建模型的过程中,应该严格遵循相关规范和原则,对于几何尺寸和联接点结合特征进行深入研究,有助于应力值的有效计算。

参考文献:

[1]张颖,俞道龙.港口机械钢结构细部处理问题[J].黑龙江科学,2017,8(06):148-149.

[2]尹逊,张闯.港口机械钢结构细部处理问题的研究[J].科技展望,2016,26(20):58.

[3]甘文兵,毛磊,戚战锋.基于有限元法的卸船机钢结构开裂原因分析[J].机械研究与应用,2014,27(06):52-53,57.

[4]贺文辉.港口机械构件疲劳强度分析[J].科技创新与应用,2012(23):115.

[5]刘伟,任永杰.关于大型港口机械钢结构细部处理问题的研究[J].科技传播,2012,4(17):40,36.

[6]王勇.基于ANSYSWorkbench的卸船机钢结构分析[D].吉林大学,2012.

[7]童民慧,王悦民.大型港口机械钢结构细部处理问题的研究[J].起重运输机械,2008(11):70-73.

[8]谢天生,朱建华,吕广宇.港口机械安全性与港口生产安全[J].港口装卸,2005(05):119-120.

作者:彭云卿 单位:上海电力环保设备总厂有限公司

内燃机与配件杂志责任编辑:陈老师    阅读:人次