摘要：集装箱门式起重机，采用有限元软件ANSYS对门架结构在实际工况下的应力分布和应力集中两个方面进行评价和比较，可以得到比较合理的数据结果。
　　关键词：门架；模态化；有限元分析；优化设计
　　基金项目:本项目为2014年省科技厅科技计划项目承担的“基于ANSYS的门式起重机金属结构的力学性能分析及优化研究”的研究项目，（编号为：20142BBE50009）
　　集装箱起重机中最为复杂的故障是门架变形，其中，门架的下挠变形，对起重机的正常运行危害最大。本文采用有限元分析软件ANSYS建立了起重机的有限元模型，对其进行结构应力分析、模态分析，从应力分布和应力集中两个方面对该起重机进行评价和校核。
　　1起重机门架结构有限元模型的建立
　　集装箱起重机门架是由标准型钢构成，结构对称。首先建立起重机门架整体三维模型。
　　1.1起重机主要性能参数。该起重机主要性能参数为：额定载荷320T；跨度25m；桁高12m；起升速度9.5/19 m/min；最大起升高度10/12m；小车轮距3035mm；小车质量5t；吊钩总重2T；材料全部采用Q235。门式起重机门架的主要结构与参数如图1所示。
　　1-前端梁 2-道轨 3-后端梁 4-主梁 5-前上横梁
　　6-后上横梁7-门腿 8-底横梁
　　1.2起重机有限元模型单元选择
　　采用ANSYS中的三维梁单元，划分单元建立有限元分析模型。门架结构有限元模型划分后的单元95401个，节点数182120。图2为该起重机划分单元后的有限元网格模型。
　　2应力分布分析
　　2.1固定载荷
　　按图1所示的工况位置，要求额定起门力：工况1（16T）、工况2（在门架中间带运行吊重11T运行）工况3（10T）、工况4（9T）、工况5（（悬臂处5T）；规定起重机主梁方向为Z方向，垂直地面向上方向为Y方向，X向垂直于起重机平面。
　　2.2移动载荷
　　起升载荷16T，同时，取动力系数1.25；起重机自重，在建模过程中单位采用SI（MKS），取重力加速度g =10；抓斗和小车结构自重共为5T；水平惯性载荷：根据有关文献，取加速度0.13 m/s2，取加速度放大倍数1.5。选择对门架最危险的工况1、工况2和工况5载荷组合进行分析，如果这三工况没有问题，其它工况也就没有问题。
　　2.3计算结果分析
　　1）小车在工况1起吊16T额定载荷时，由图3~6所示。
　　由上各工况的位移、等效应力数据分析可以看出：
　　（1）X方向最大位移为9.566，最大位移发生在小车位于工况2上，满足规范要求的；
　　（2）Y方向最大位移为11.658，最大位移发生在小车位于工况5上，位移动载数值过大；（3）Z方向最大位移为13.98，最大位移发生在小车位于工况5上，最大位移13.98；
　　（4）最大等效应力为333MPa，最大等效应力发生在小车位于工况5上。
　　2.4方案优化设计比较
　　重新对图2进行结构优化，在ansys中进行一系列的操作，得到有限元模型有95300个单元，181367个节点，称为方案2，比较后发现，门架结构和受力上没有什么变化，只是将主梁悬臂端变为一梯形结构，也就是说只进行小车工况5时（在悬臂端）的计算即可。
　　通过现场实际测量，如表4所示。数据表明，实际测量值与有限元分析计算结果比较吻合，有限元分析结果有较高的计算精度。
　　3结论
　　本文研究的对象为集装箱门式起重机门架，采用有限元分析软件ANSYS对门架进行分析，并在原来的基础上进行优化设计，达到了以下目的：
　　起重机应力分布均匀，最危险工况应力<许用应力值；分析表明，起重机动刚度符合要求。
　　参考文献：
　　[1]王金诺.起重运输机械金属结构[M].北京:中国铁道出版社，2014.