李炳田　餘欽（qīn）偉　張誌偉　柏見（jiàn）濤　左其偉
（徐工機械（xiè）建設機械分公司）

　　摘　要：本文采（cǎi）用非線（xiàn）性有限元軟件模擬了不同比例螺栓預緊力下結構的應（yīng）力、位移，研究了（le）轉台（tái）座圈與回轉支承（chéng）連接麵間的縫隙與螺（luó）栓（shuān）預緊力間的關係及螺栓連接周圈結構位移（yí）的（de）變化規律;在保持預緊力（lì）的狀態下，進一（yī）步研究了優化螺栓布置方式對結構應力、位移的影響。
　　關鍵詞：起重機；轉台；回轉支承；預緊力；螺栓
　　起重機主要結構包括上車吊臂、轉（zhuǎn）台、底盤等（děng），載荷由重物通過吊（diào）臂傳遞到轉台，轉台將經過初次平衡的載荷由回轉支承結構傳遞（dì）到底盤。回（huí）轉（zhuǎn）支承在整（zhěng）車載荷傳遞（dì）途徑中主要承受垂直方向的載荷和彎矩。

　　工程實際中，回轉支（zhī）承與轉台（tái）通過（guò）周圈均布的高強預緊力螺栓連接。研究不同螺栓預緊（jǐn）力狀況下，被連接結構縫隙的大小與螺栓（shuān）預緊力之間（jiān）的關係，可據此（cǐ）判斷螺栓預（yù）緊力施加是否滿足要求;同時，研究（jiū）螺栓連接麵周圈位移規律可進一步明確周圈螺栓受載狀況，為螺栓排布及優化提供（gòng）依據。

　　1　研究範（fàn）圍及方法
　　預緊力螺栓連（lián）接（jiē）結構中存在著摩擦、接觸、彎曲等特征，一般很（hěn）難用解析法計算。有限元軟件ANSYS能夠綜（zōng）合考慮（lǜ）摩擦、接觸、彎曲、預緊力等各種非線性因素，通過建立三（sān）維有（yǒu）限元模型，可以比較準確地得到螺栓及被連接結構的應（yīng）力（lì）和變形，是當前研究螺（luó）栓連接結構問題比較通用的（de）方（fāng）法。

　　起重機（jī）設計中，一般按照起重機設計規範選取結構件Z不利載荷為設計計算依據。本文選取了某型號的起重機的起臂工況（kuàng）、額定吊載工況、125%試驗（yàn）工況3種典型工況，分別計算了在1.25倍試驗工況下，螺栓（shuān）施加40%、60%、80%、100%比例預緊力時結構的位移和（hé）應力（lì）、轉台（tái）座圈局部結構的位移分布；常規的螺栓排布方式（shì）與優化的螺栓排布（bù）方式整體結構位移和應力、各部件的（de）位移和應（yīng）力。

　　2　計算模型及簡化
　　本文將與（yǔ）回轉（zhuǎn）支承非線性接觸的局部，包含回轉支承、轉台和底盤、螺栓等均（jun1）采用SOLID186實體單元，其他部分采用殼（ké）單元。
　　2.1邊界條（tiáo）件
　　吊臂載荷通過轉台上各（gè）鉸（jiǎo）點（diǎn）輸入，轉台與底（dǐ）盤通過回轉支承連接，底盤與地麵采用固定連接（jiē），回轉支承分別通（tōng）過內、外兩排螺栓與轉台和底盤設置非線性接觸連（lián）接。

　　2.2載（zǎi）荷及螺栓（shuān）預緊力施加
　　轉台上各鉸點輸入載荷見（jiàn）下（xià）表1：

表1 轉台各鉸點輸入載荷

　　螺栓預緊力通過PRETS179單元模（mó）擬。第1載荷步僅施加螺栓預緊力，M30螺栓（shuān）預緊力按照標準取650kN，第2載荷步施（shī）加結構載荷，同時（shí）預緊力鎖定在初始值。

　　3　結果匯總及對比
　　依據上節給（gěi）出的（de）模型及邊界條（tiáo）件，本文進（jìn）行了多種工況組合的計算，本節內容將對計算（suàn）情況分別進行匯總及對比分析。
　　3.1螺栓預（yù）緊力對比分析結果
　　通過對螺栓分別施加40%、60%、80%、100%預緊力來考察預緊力對整體結構的應力及位（wèi）移（yí）的影響，同時，為進一步研究預緊力大小對轉台座圈與回轉支承貼合麵縫隙的影響，提（tí）取了座圈麵上周圈（quān）節點Y向位移，施加（jiā）40%預緊力位移33.95mm、施加60%預緊力位移33.62mm、施加80%預緊力位移33.56mm、施加100%預緊力33.63mm。

　　計算結果表明，在（zài）一（yī）定範圍內（nèi），螺栓（shuān）預緊力（lì）的大小對整體結構（gòu）應力和位（wèi）移變化影響較小。預緊力從40%增加到100%後，結構的（de）位移相（xiàng）對變化量不超過1mm，除與螺栓接觸麵外，其他結（jié）構件的應力分布（bù）及大小基本沒有（yǒu）變化（huà）;轉台與座圈連（lián）接後側（cè）麵Y向位移呈現正弦分布（bù），Z大值點發生在正後方點；當螺（luó）栓預（yù）緊力小於額定值的60%時，轉台座圈（quān）與（yǔ）回轉支承接觸麵之間的間隙（xì）增大；當預緊大於60%時，基本上對間隙無影響。

　　3.2螺栓排布優化分析結果
　　螺栓拉伸Z大值點在轉台正後方，由Z後側往兩邊呈現逐步減小（xiǎo）的趨勢。據此可優化轉台兩（liǎng）側（cè）約1/3螺栓。選取（qǔ）典型（xíng）工況（kuàng），對優（yōu）化前後整機結構應力和位移進行對比分（fèn）析，計算結果對比表明，優化後的螺栓排布方式對整機位移（yí）和應力基本不會產生（shēng）影響。考慮到優化後螺栓（shuān）排布方式為局部的變（biàn）化，因此，還需要考（kǎo）慮轉台底（dǐ）麵與回轉支承連接部分應（yīng）力分布的變化。

　　4　結論
　　根據以（yǐ）上計（jì）算和對比，初步可得到以下（xià）幾點（diǎn）結論：①在一定範圍內，螺栓預緊力的大（dà）小對整體（tǐ）結構的位（wèi）移影響較小，因此，無法（fǎ）從整體（tǐ）變形上推斷預緊力是否足（zú）夠。②預（yù）緊力的大小對轉（zhuǎn）台與回轉支承連接麵上的Y向位移有（yǒu）一定的影響，對實際工程來說，當轉台座圈麵無缺陷時，可以（yǐ）據（jù）此初步判斷預緊力施加的是（shì）否足夠。另外，當預緊力（lì）在（zài）額定（dìng）值60%以（yǐ）下時較容易判斷（duàn），60%以上時判斷起來較為困難。③優化的螺栓排布方式對結構應力和位移基本不產生影響，因此，可據此優化1/3的螺栓數量，為整機的結構優化設（shè）計，降（jiàng）低成本（běn）起到（dào）積極（jí）的作用。

　　參考（kǎo）文獻：
　　[1]GB/T3811-2008，起重機設計規範[S].
　　[2]GB/T1231-2006，鋼結構用高強度大六角頭螺栓，大六角螺母，墊圈技術條件[S].
　　[3]GB/T196-2003，普通螺（luó）紋基本尺寸[S].
　　[4]成大先.機械設計手冊[M].化（huà）學工業出版社，2004.1.
　　[5]李炳田，孫影，等.回轉支承與轉台結構（gòu）有限元分析[J].建築機械，2014（03）：88-92.
　　[6]張朝暉.ANSYS12.0結（jié）構分析與工程應（yīng）用實例解析[M].機械工業出版社，2010.
　　[7]孟慶國.回轉支承高強度螺栓預拉力的計（jì）算及ANSYS分析（xī）[J].機械工程師，2018（8）：62-63.
　　[8]劉生華.高強（qiáng）度螺栓在塔式起重機上的應用[J].建築（zhù）機械技（jì）術與管理，2011（04）：137-139.
　　作（zuò）者簡介：李炳田（1980―），男，山西人，機械工（gōng）程師，從事起重機（jī）械（xiè）結（jié）構優（yōu）化及設計。