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輪胎式集裝箱門式起重機(RTG)作為在碼頭后場進行集裝箱裝卸作業(yè)的裝卸設(shè)備，正朝著高效、節(jié)能、舒適、可靠的方向發(fā)展。作為RTG主體的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理優(yōu)化，對產(chǎn)品競爭力有著非常重要的意義。本文利用ANSYS軟件，針對兩種不同的門架結(jié)構(gòu)進行有限元分析，在各項RTG設(shè)計參數(shù)相同的情況下，根據(jù)不同工況，分析比較兩種形式門架結(jié)構(gòu)(傳統(tǒng)形式一、新型形式二)的應(yīng)力、變形情況。
兩種形式的結(jié)構(gòu)形式：形式一采用單拉桿和鞍梁連接大車平衡梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式。形式二采用多拉桿設(shè)計，由支腿直接連接大車平衡梁。形式二支腿截面明顯小于形式一，多拉桿連接提高了整機的剛度，滿足強度要求，同時減輕了重量，節(jié)約了制造成本。
根據(jù)歐洲起重機械設(shè)計規(guī)范(F.E.M標(biāo)準(zhǔn))，假設(shè)所有可動部分均處在它們最不利的位置上，輪胎吊作業(yè)時的主要工作載荷包括金屬結(jié)構(gòu)及近似均布的梯子、平臺均布質(zhì)量載荷PG：電氣房集中質(zhì)量載荷PGz；小車自重PG3；起升載荷Pa(吊具、吊具上架和額定起重量Paz。由于機構(gòu)起(制)動引起的水平載荷P；提升工作荷重引起的沖擊載荷：工作載荷引起的載荷的動載系數(shù)；加減速動載系數(shù)為1.5。附加載荷包括作用在結(jié)構(gòu)上的最大工作風(fēng)載荷股，懸掛物品在受風(fēng)載荷作用時對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平載荷。
根據(jù)小車位于主梁的不同位置，分別分析比較兩種門架在無風(fēng)工作工況下載荷組合，帶風(fēng)工作工況下載荷組合，非工作工況下載荷組合。
輪胎式集裝箱龍門起重機結(jié)構(gòu)形式一包括2個主梁、4個支腿、2個鞍梁、2個小車軌道;形式二包括2個主梁、4個支腿、2個聯(lián)系橫梁、6個拉桿、2個小車軌道。模型中小車軌道采用實體單元，主梁、支腿、法蘭組件、鞍梁、連接桿采用殼單元。
坐標(biāo)系確定：起重機計算的坐標(biāo)系原點選定地面上對稱軸鉸點上，X軸沿小車運行方向，Y軸垂直于地面方向，Z軸沿大車運行方向。
計算模型主梁、支腿、法蘭組件、鞍梁及拉桿采用shell63殼單元，軌道采用solid95實體單元。
材料彈性模量2.1X105MPa；泊松比0.3；密度7850 kg/m3；金屬結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件所用材料為Q345B。
當(dāng)RTG靜止時，由于橡膠與混凝土間的靜摩擦系數(shù)較大，此時橫推力主要靠輪胎側(cè)向變形和結(jié)構(gòu)承受，為保守計算，此時將龍門架按一次超靜定結(jié)構(gòu)計算。當(dāng)RTG大車行走時，橫推力逐漸釋放，并最終達到平衡，此時龍門架按簡支約束計算。故門架約束描述如下：門架按簡支粱約束，龍門架各支腿UY均約束，某一側(cè)鞍梁下支腿UX約束，某一支腿UZ約束。采用ANSYS 11有限元分析軟件，計算得到門架的應(yīng)力和位移。
通過各個工況下主要變形方向的位移對比，可以看出在大車運行方向門架的整體剛度形式二結(jié)構(gòu)明顯好于形式一，在小車運行方向上，也略優(yōu)于形式一。
從各個工況下最大應(yīng)力位置分析對比，可以看出，兩種結(jié)構(gòu)在各工況下各有優(yōu)劣。由于最大應(yīng)力點出現(xiàn)的位置有所不同，所以可比性不是太大。在個別應(yīng)力位置相同的工況下，除了下橫梁上的應(yīng)力，形式二結(jié)構(gòu)應(yīng)力都要小于形式一結(jié)構(gòu)，在下橫梁位置，由于新結(jié)構(gòu)下橫梁截面的減小，使得新結(jié)構(gòu)下橫梁上應(yīng)力有所增大，但仍有富余。但由于形式二的Z型拉桿增加了兩個大車方向連接點，使得新結(jié)構(gòu)支腿上的應(yīng)力分布比形式一結(jié)構(gòu)更加均勻。
明顯看出形式二具有明顯優(yōu)勢的水平剛度，有效地減少了大車位移方向上的晃動，提高了司機駕駛的舒適度，且整機結(jié)構(gòu)重量比形式要輕3t左右，有效地降低了整機輪壓。這樣對于延長輪胎的使用壽命，及用戶場地的保護有很大的改善，也相應(yīng)地降低了能耗。目前采用此結(jié)構(gòu)形式有芬蘭科尼起重，三一港機在土耳其項目中也采用了類似結(jié)構(gòu)形式，具體的優(yōu)劣將在項目實踐中得到考證。
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