引言

大型岸桥的前伸距一般都比较长，所以其前拉杆一般有2套系统来牵引。前部拉杆系统有4根拉杆组成，后部拉杆系统有3根拉杆组成。在正常工作情况下，2套拉杆系统承受复杂的组合载荷；在非工作时即前大梁仰起80°时，2套拉杆系统向陆侧缩回来，一般承受侧向风载等较小的冲击载荷，此时拉杆中间的铰点大都集中在一个区域，此时增加铰点检修平台就很有必要，可以满足机械检修人员到达此区域，对铰点轴进行检查和润滑保养。此检修平台及支架结构外形尺寸都比较大，尤其支架高度一般超过了5m，若支架无良好的强度和刚度，就会出现晃动、变形、疲劳等不稳定、不安全的情况。以往设计此类附属结构件，往往参照以前做过的项目进行简单的尺寸调整，不知道调整后结构在强度和刚度上的具体变化，出现了问题现场再处理，会给后期的安装和调试工作带来较多的麻烦和经济损失，所以设计者了解支架的受载特性和振动特性就很有必要。    

 本文借助SolidWorks 强大的三维建模性能及ANSYS workbench 良好的有限元分析特性对前拉杆检修平台支架进行静力分析及模态分析，以研究其整体的受载特性和振动特性。本文实例分析结果对后续港口机械实际应用有一定意义。

1 检修平台支架静力学分析

1.1基于SolidWorks进行有限元建模

SolidWorks可以方便快捷的完成各类焊接结构架及板材件，并且它以模块化操作，自底向上建模成熟、稳定、可靠。通过中间模型转换，它与ANSYS workbench实现了很好的对接，能够发挥各自软件的优势，有效提高了工程计算人员的设计效率和质量，所以在实际应用中有重要意义。

本文采用SolidWorks 三维软件中的结构件板块，在空间领域建立好支架的布置，再对型材截面已编辑，对边角、圆角、圆孔等进行了简化处理，所建模型如图2所示。

图1 杆检修平台支架模型图

1.2模型转换导入、约束和加载

在ANSYS workbench 中，杆检修平台支架的材质均为Q235B的弹性模量E=2.0Pa,泊松比μ=0.3，密度ρ=7.85x10³kg/m³，结构属于shell63壳单元，综合考虑计算次数、计算精度和计算机性能等因素，采用四面体单元方法对结构进行划分网格，由于结构尺寸大，单元的尺寸设定为40mm，最后划分的单元数目为141503个，节点为299043个，网格划分如图3所示。

图2检修平台支架网格划分图

对杆检修平台支架进行约束及添加载荷，在支架底部4个立管的底面进行X、Y、Z三个方向约束（因管与底座焊接），不考虑侧面斜梯、走道栏杆的影响。添加重力加速度引起的载荷、上下两层管件上表面的均布压力载荷2.0 KN/m²、平台的重量1.4t及前部4个的集中载荷1.5KN，如图3所示。

图3检修平台支架约束及载荷图

1.3 静载分析结果

经过有限元分析计算，生成的检修平台支架受载后位移图、应力外形图。

图4 为X、Y、Z方向总的位移云图，可以看出：上部平台支架支撑前端受载处的变形最大，最大位移量为：4.04mm，不大于一般许用刚度值1385mm/300=4.62mm，不会发生永久变形，符合设计要求。

图4displacement vector um 云图

图5所示为检修平台支架应力云图、图6安全系数云图，可以得到结构各个部位的受载应力情况。其中最大的应力在上部悬臂的支撑根部，最大数值为101.6MPa，小于钢材的许用应力157MPa,静载情况下满足使用刚度及强度要求。同时，由应力云图可知，在上部悬臂的支撑点应力较大，结构焊接过程中焊缝要打磨光滑，避免出现应力集中情况。

图5 von mises stress 云图

图6 safety factor 云图

2 检修平台支架模态分析

模态分析的目的在于了解结构振动的特性，查看结构的振动频率是否与外界结构或整机存在频率相同的情况，避免共振现象的发生。为了获得检修平台支架的固有频率特对其进行模态分析。

本文采用ANSYS workbench modal分析模块，对结构下部管口进行约束，采用四面体单元方法对结构进行划分网格，由于结构尺寸大，单元尺寸同样为40mm,取得了6阶模态，取得的模态图如图7所示。固有频率计算数据如表1所示：

（a）1阶                                                 （b）2阶

（c）3阶                                                  （d）4阶

（e）5阶                                                  （f）6阶

图7 振型图

表1 固有频率数据

根据固有频率数据表得知检修平台支架的最小频率为8.72HZ，垂直于大车轨道方向进行振动，与小车运行的方向一致，但频率数据与小车引起的整机频率不一致，故不存在共振现象。随着支架频率数值升高，支架的变形却没有增大严重，故支架不会产生破坏。

在实际安装过程中此检修平台支架与斜梯、两侧栏杆进行栓接，将其与其他部件串联起来，可更好的提高刚度，保证其稳定性。

3 结束语

使用SolidWorks三维软件对检修平台支架进行建模，很好的展示了支架本身的特征，同时SolidWorks三维模型可很好地传递到ANSYS workbenc分析系统中，实现了良好对接。这样两种软件充分发挥了各自的优势，提高了设计者的工作效率和质量。

对检修平台支架进行静力学分析和模态分析，可以从理论上获得结构件的受力特性和振动特性，避免粗略设计、或照搬以往项目结构形式引起的不良后果。从分析云图里可以得到上部支架主要受力区域，提醒设计者注重一些关键部位的工艺处理方式，有效避免不利现象的发生。模态分析得到支架的振动频率和自振变形，避免共振现象的发生，为后续设计提供了参考和借鉴。

参考文献

[1] 查太东，杨萍.基于ANSYS Workben 的固定支架优化设计[J].煤矿机械2012,33（2）：28-30.

[2] 江民圣，ANSYS Workben 基础入门与工程实践[M].北京：人民邮电出版社，2019.