龙门起重机金属结构有限元分析
2000t门式起重机结构有限元分析
为结构 优化 和参数 修改 提供 方便 。 为 了提 高计算 精 度 ，个 别部件 的网格划 分很 细 ，尤其 是柔 腿 与与主
梁 连接 处 ，模 型 的节点 共 ８ ８ ７ ，单 元 ８ １２ 。 ４ ３个 ６４ 个 由于柔 性铰 是按 额定 载荷选 择 的外 购件 ，本文 采用
一
图 １ 结 构 示 意 图
同刚度的虚拟单元模拟铰接 ，可使数学模型大大简 化 。柔性 铰与 主梁 可相 对转 动 ，大车走 行 的各级 均
衡 梁可绕 连接 轴转 动 。有 限元模 型如 图２ 所示 。
刚一 柔方式 ，其 中柔 腿与 主梁用 柔性 铰连 接 ，以
３ 工况分析和有 限元计算
Ｆｉ ｔ ｌｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｓｓ ｆ ２ ０ ｔ ａ ｔ ｙ ｒ ｎｅ ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｎｉｅ ｅ ｅ ｎ ｎａ ｙ ｉ ｏ ０ ０ ｇ ｎ ｒ ｃ ａ ｔ ｕ ｔ ｅ
Ｚ ＮＧ － ｕ ＨＡ Ｑｉｇ ｉ
１ 总体 结构 形式
中铁 股 份 公 司 南 方 装 备 基 地 需 要 配 备 ２台
行 速度 ０～２ ｍ／ ｎ ２ ｍｉ 。南 方 装 备 基地 位 于 广 东 中山
市 火炬 开 发 区 马鞍 岛东 六 围 ，１ 作状 态 最 大 风力 ７
级 ，非 工作状 态达 １级 。 １ 该 起 重 机 由双 主梁 、刚性 支腿 、柔性 支 腿 、 柔性 铰及 走行 机构 、吊梁小 车 、电控 系统等 组成 ， 主要 结 构均采 用箱 梁形 式 。主梁 与支腿 的连 接采 用
２０ｔ ０ ０ 轨道 式 门式 起 重 机 ，用 于 港 珠 澳 大桥 ８ ｍ、 ５
１０ ｍ、１３ １ ５ ｍ大型 钢 箱梁 厂 内搬 运 和 吊装装 船 。该
龙门起重机的有限元分析
·34· 计算机应用技术 机械 2006年第10期 总第33卷——————————————— 收稿日期：2006－07－22作者简介：张倩（1982－），女，华东理工大学机械与动力工程学院在读硕士研究生，研究方向为机械CAE 、仿真。
龙门起重机的有限元分析张倩，朱大滨（华东理工大学，上海 200237）摘要：利用大型有限元软件ANSYS 对某龙门式起重机进行整机多工况静强度分析；利用有限元法计算龙门起重机结构自振频率和满载自振频率。
从静强度和动强度两个方面对该起重机的设计方案进行评价，提出改进的建议。
关键词：起重机；有限元；静强度分析；模态分析；中图分类号：TB115 文献标识码：A 文章编号：1006－0316（2006）10－0034－04Finite element analysis of gantry craneZHANG Qian ，ZHU Da-bin(East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)Abstract ：In this paper, the static strength analysis of one gantry crane were accomplished on difference working conditions by the ANSYS ;and calculated the structure of natural vibration frequency and the full load natural vibration frequency .The crane is evaluated on the static strength and the dynamic strength.;and put forwarded the advice to ameliorate. Key words ：crane ；finite element ；static strength analysis ；model analysis龙门抓斗起重机是在码头和生产车间中应用广泛装卸作业起重设备，它的安全运行对于安全生产提供作业效率是非常重要的。
龙门式起重机的结构设计与性能优化分析
龙门式起重机的结构设计与性能优化分析龙门式起重机是一种常见的大型起重设备，广泛应用于港口、工地、仓库等场所。
在结构设计和性能优化方面，龙门式起重机需要综合考虑其承载能力、稳定性、工作效率和安全性等因素。
一、结构设计1. 主梁设计：主梁是龙门式起重机的主要承载结构，需要按照所需的起重能力和跨度进行合理设计。
主梁材料通常选择钢结构，高强度、刚性好，能够满足起重机的工作要求。
2. 支腿设计：龙门式起重机通常有两根支腿，支腿的设计需要考虑平衡起重机的重心，稳定机身。
支腿通常采用跨字式结构，可以提供更好的稳定性。
3. 提升机构设计：提升机构是起重机的核心部分，需要具备良好的承载能力和操作灵活性。
提升机构包括卷扬机、钢丝绳、滑轮等组成，能够提供可靠的起升功能。
4. 小车设计：小车是起重机上横移的装置，通常由电动机、行走轮、驱动机构等组成。
小车设计应考虑平稳移动、灵活操作和较大的承载能力。
二、性能优化分析1. 结构强度优化：通过材料选取和结构设计优化，提高起重机的结构强度和刚度，使其能够承受更大的起重能力和外力冲击。
2. 运动性能优化：通过优化起重机的运动机构，减小摩擦力和阻力，提高起重机的运动速度和精度，提高工作效率。
3. 能耗优化：采用先进的节能技术，如变频调速技术和能量回收技术，减少起重机的能耗，降低运营成本。
4. 安全性优化：加强起重机的安全保护装置，如限位器、断路器、防碰撞装置等，确保起重过程中的安全性。
5. 自动化控制优化：应用自动化控制系统，提高起重机的智能化水平，实现远程控制和自动化操作，降低人为操作错误的风险。
6. 维护性优化：设计起重机时，考虑易维修性和易保养性，减少故障发生的可能性，并方便维修和维护工作的进行。
结构设计和性能优化是龙门式起重机研发过程中重要的一环。
通过合理的结构设计和性能优化，可以提升起重机的承载能力、工作效率和安全性，满足不同场所的具体需求。
同时，结构设计和性能优化也应考虑可持续性发展的原则，采用环保和节能的设计理念，为工业发展和环境保护做出贡献。
龙门起重机有限元模型约束方法研究
资源 的不足 。其 中相 当一 部分 进 口废钢 需要 从港 口
通过 ， 而废 钢接 卸历 来是 港 口装卸 的一 个难 题 ， 均 平
台时效 率仅 为 ３ ５ ｈ 且 不 安全 因数 多 ， 致 很 ０～ ０ｔ ， ／ 导 多港 口都不 愿意 接卸 废钢 。 影 响港 口废 钢装 卸效 率 的 因素 主要 是装 卸船 设
支腿 ３
从 而 由已知 的外力 和约 束条 件通 过这些 方程 组求 出 结构 的 内应力 和 位移 。 通 过 式 ［ ］ ］＝［ ］ … ［ Ｆ 可
以看 到 ， 施加 给 结构 的约 束 条 件 只有 符 合 实 际情 其 况才 能取得 与 实 际情 况 相符合 的计 算 结果 。本 文通 过对某 龙 门起 重机 有 限元 模 型的施 加约束 方式 的分 析 ， 究如 何施 加 这 种 约 束 的方 法 及 其 对结 构 研
腿 方 向 的 约 束 ， 时 在 支 腿 上 应 施 加 滑 动 摩 擦 同
３ 有 限元 模 型 约 束 施加 分 析
如 图 １ 对 于 支 腿 １ ２ ３ ４垂 直 方 向 （ ， 、、 、 ｙ向） 需
力 ； 二种 情 况 ， 第 当支 腿 车 轮 的 方 向的 位 移 大 于 该车 轮与 轨 道 之 间 的 间 隙 时 ， 约 束 方 向 的 位 应
Ｐ ｒ Ｏ ｅａｉｎ ２ １ Ｎｏ ２（ ｅｉｌ ． ９ ｏｔ ｐ ｒｔ ０１ ． ． Ｓ ｒａ １６） ｏ Ｎｏ
龙 门 起 重 机 有 限 元 型 约 束 方 法 研 究 模
江 苏 省 宜 兴 市 佳 力 科 技 有 限公 司 沈 幼 军 中 国特 种 设 备 检 测研 究 院 王 勇 吴 占稳
受力 的影 响 。
图 １ 龙加 ， 需要 分析研 究 。 对于 门腿 结构 的 ｙ方 向受 力 ， 过分 析 可 得 到 经 在两 种工 况下 所受支 反力 ， 静 摩 擦 系数 为 ０ ２ 可 取 ．， 计算 出各 工况 下支腿 的最 大静 摩擦 力 ， 表 １ 见 。
第六章练习：门式起重机结构系统有限元分析
第六章练习：门式起重机金属结构有限元分析图6-1为门式起重机实物，图6-2为其结构简图，图6-3是几个主要受构件主梁、上横梁、下横梁、支腿的截面图。
图6-1 龙门起重机图6-2 金属结构总图图6-3 各部件截面简图参考分析步骤如下：1．改变默认工作路径，定义文件名和分析标题(1)Utility Menu→File→Change Directory…(2)Utility Menu→File→Change Jobname…(3)Utility Menu→File→Change Title…2．定义单元类型：SHELL63壳单元Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete，→Add，选择Structural Shell，Elastic 4node 63，→OK。
3．定义实常数即定义结构所用板材的厚度，共6、8、10、12mm四组。
Main Menu：Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete，→Add…4．定义材料力学参数Main Menu：Preprocessor→Material Props→Material Models，Structural→Linear→Elastic→Isotropic 弹性模量EX=2.1E5 (MPa)泊松比PRXY= 0.3钢材密度DENS=7.85E-6 (kg/mm3)5．建模⑴创建上横梁选定整体坐标系，如图6-2。
①创建体。
Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→By 2 Corners & Z输入：WPx Wpy Width Height Depth(0,0,700,-1000,5200)②删除体，保留体以下的图元。
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Delete→Volumes Only③显示面号和线号Utility Menu→PlotCtrls→Numbering④创建上横梁内的横隔板沿Z向拷贝Z=0处的面元，。
起重机金属结构有限元分析的模型处理技术
对整 体 的影 响极 小 ，在 整体 结构 分 析模 型 中建议 将
其忽略以提高工作效率。
表 ２ 偏轨 各截 面梁 同载计 算结果对 比
项目 静刚度 动刚度 应 力 图 ４ 构件简化对结构强度 的影 响 截面 １ １．３ ３６ ０５３ ．８ ｌ９ １ 截面 ２ １ ．４ ６ １ ０５ ７ ．５ １８ ０ 截面 ３ １．７ ３ ８ ０５ ５ ．９ １２ ２ 截面 ４ １． ４８ ６ ０５２ ．７ １８ ２
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｃ ａ ｅ ｙ ｒ ｓ ｒｎ ；ｍｅ ｌｔ ｃ ｒ ；ｆ ｉ ｌ ｅ ｔ ｔ ｓ ｕ ｔ ｅ ｉ ｔ ｅｅ ｎ ａ ｒ ｕ ｎｅ ｍ
起 重机 是结构 复 杂 的工 程机 械 ，其金 属结构 分
分别建 立 桥 机 的单 主 梁 受 载 模 型 （ ３ 。 由于 其 图 ）
为桁架式和箱形 ２ 大结构类型，箱形结构具有结构 紧凑、空 间刚度 大、抗扭性能好 、可实 现 自动焊 接、封闭性好、便于防锈、维护方便等特点 ，已成 为国内外门式起重机金属结构的主要发展方 向＿ 。 ２ Ｊ 以常见的箱形梁 门式起重机为例 ，其金属结构主要 包括主梁、支腿和横梁等部件 ，各部件的箱形结构
各板 厚均 为 ８ｍｌ ｉ，轨 道 型 号 Ｐ３—１９０ ｌ ４ ６０ ，角钢 型
号 Ｌ ０× ０×５ ５ ５ 。
图 ３ 主梁受载有限元分析模 型
MG50型门式起重机主结构有限元分析
MG50型门式起重机主结构有限元分析1.引言门式起重机是一种常见的用于装卸货物的起重设备，其结构简单，使用方便，经济实用。
MG50型门式起重机是一种常用的门式起重机型号，广泛应用于工矿企业、港口码头等领域。
本文通过有限元分析的方法，对MG50型门式起重机的主结构进行分析，探讨其受力情况和结构强度，为设计和优化门式起重机提供参考。
2.MG50型门式起重机主结构介绍MG50型门式起重机是一种双梁门式起重机，主要由主梁、横梁、立柱、抱杆等部件组成。
主梁是承载和传递荷载的主要构件，横梁连接在主梁两端，起支撑作用，立柱支撑主梁和横梁，承受其重量和荷载传递。
抱杆连接在主梁和横梁之间，起稳定作用。
主结构的合理设计和优化对提高门式起重机的工作效率和安全性具有重要意义。
3.有限元分析模型建立在进行有限元分析前，需要建立MG50型门式起重机的有限元模型。
首先对门式起重机进行建模和网格划分，然后设置荷载和边界条件，最后进行有限元计算。
通过有限元分析软件进行模拟计算，得出主结构的受力情况和应力分布。
4.分析结果与讨论通过有限元分析，得出了MG50型门式起重机主结构的受力情况和结构强度。
主梁在起吊货物时承受的弯矩、剪力和轴向力分布均较均匀，符合设计要求。
横梁和立柱在荷载作用下也保持稳定，未出现明显的应力集中现象。
抱杆的受力情况也符合设计要求，起到了良好的稳定作用。
5.结论通过对MG50型门式起重机主结构的有限元分析，得出了主结构在荷载作用下的受力情况和结构强度。
分析结果表明，MG50型门式起重机主结构设计合理，受力均匀，具有良好的结构强度和稳定性。
在实际应用中，应注意对主结构的定期检查和维护，确保门式起重机的安全运行。
综上所述，有限元分析是一种有效的分析方法，可以为门式起重机的设计和优化提供重要参考。
今后的研究中，可以进一步探讨不同荷载条件下的受力情况，优化设计参数，提高门式起重机的工作效率和安全性。
基于ANSYS的100t龙门起重机结构有限元分析
ｄ ｔ ｎ ． ａ ｅｌａ ａｕ ａ ｉ ｒ ｔ ｎ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｆｌ ｌａ ｉ ｒ ｔ ｎ ｆ ｑ ｅ ｃ ． ｒ ｎ ｅ ｉｎ ｓ ｈ ｍｅ ｉ ｅ Ｍｕ ｔｄ ｆ ｍ ｓ ｉｏ ｓ ｉ ｓｗ ｌ ｓｎ ｔ ｒ ｌ ｂ ａｉ ｒ ｑ ｅ ｃ ｎ ｕ ｌ ｏ ｄ ｖ ｂ ａｉ ｒ ｕ ｎ ｙ Ｃ ａ ｅ ｄ ｓｇ ｃ ｅ ｓ ｖ ａｅ ｏ ａ ・ ｖ ｏ ｏ ｅ ｒ ｏ ｔ ｆｓａｉ ａ ｄ ｄ ｎ ｍｉｓｓｒ ｎ ｎ ｒ ｐ ｓ ｏ ｐ ｃ￣ｏ ｔｔ ｎ ｙ ａ ｃ ｔｅ ｇｈ ａ ｄ ｐ ｏ ｏ ａｓｆ ｒｉ ｒｖ ｍｅ ｔｔ ｈ ｒ ｎ ｓ ｍａ ｅ ｃ ｔ ｌ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ａ ｅ ｉ ｏ ｄ．
解 计算 。相 比之下 有 限元 分 析 方 法 有 其 突 出 的 优 点 ：建模 方便快捷 、计 算结果 准确 。 本文 利用 大型有 限元软件 Ａ Ｓ Ｓ建立 １０ｔ ＮＹ ０ 室 内维修用 龙 门桥 起 重 机 结 构 的有 限元 模 型 ，对 其
该起 重机 结 构 部 分 主 要是 由 板 焊 接 而成 ，建 模 时采 用 Ｓ Ｅ Ｌ６ Ｈ Ｌ ３单元模 拟 ，该单 元具 有 弯 曲及
进 行静强 度 分 析 、模 态 分 析 ，从 静 态 和 动 态 ２个
５ 结 论
提 出了基 于 有 限元 法 的集 装 箱 龙 门起 重 机 结
２ 荣 见 华 ，郑 健 龙 ，徐 飞 鸿 ．结 构 动 力 修 改 及优 化 设 计 ． 北 京 ：人 民交 通 出 版社 ，２０ ０２
构 系统 的优 化 设 计 方法 。利用 灵 敏 度 分 析 确 定 对
方 面对该 起 重 机 方 案 进 行评 价 ，其 结 果 可 以 为产
品设计 提供参 考 。
龙门起重机的结构有限元模态分析
第 38 卷 2010 年第 17 期本栏目编辑张代瑶提·绞68起 重运输机械既是提升、搬运和输送物料及产品的机具，亦是提高劳动生产率和生产过程机械化不可缺少的大型机械设备。
龙门起重机是指水平桥架设置在 2 条支腿上构成门架形状的一种桥架型起重机。
这种起重机在地面轨道上运行，主要用在露天贮料场、船坞、电站、港口和铁路货站等地进行搬运和安装作业。
其结构的动态特性可以用其模态参数描述[1]。
传统的试验模态分析技术，需要测量结构的激振力和振动响应，并计算它们之间的频响函数。
但是对于大型机械结构的龙门起重机，实现上述测量常常会面临如下困难：大型激振器价格昂贵；有些情况不允许停机测试等。
因此，利用有限元技术提取系统模态参数的工作受到重视，并在工业领域得到应用。
1 建立有限元模型建模过程采用自底向上的方式进行，先建立关键点，然后直接由关键点生成面。
运用 ANSYS 布尔运算将所有的体进行粘接，根据有关理论和实际经验[2-3]，有限元网格数目过少容易产生畸变并影响计算精度，而数目过大不仅对提高精度作用不大，而且大大增加了计算工作量。
根据箱形梁的尺寸赋予每个面单元属龙门起重机的结构有限元模态分析*郑玉巧** 黄建龙 张淑珍兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室 甘肃兰州 730050摘要：龙门起重机动态性能的优劣，直接影响到起重机工作的可靠性和效率。
传统的经验设计方法很难掌握龙门起重机的动力学特性变化规律，采用有限元方法建立龙门起重机物理模型，对龙门起重机结构进行模态分析，确定龙门起重机的前 4 阶固有频率和振型，从而了解现有结构振动的不稳定因素，为龙门起重机的结构设计提供了一种行之有效的分析方法。
关键词：龙门起重机；有限元方法；动态性能；模态分析中图分类号：TP203 文献标识码：A 论文编号：1001-3954(2010)17-0068-04 Finite element modal analysis of structure of gantry craneZHENG Yuqiao HUANG Jianlong ZHANG ShuzhenKey Lab of Digital Manufacturing Technology & Application of Ministry of Education, LanzhouUniversity of Technology, Lanzhou 730050, Gansu, ChinaAbstract：Dynamic performance of gantry crane directly affects the reliability and efficiency of crane. It is diffi cult to control the dynamic performances of gantry crane with the traditional design method. After build-ing the physical model of gantry crane with FME, the modal analysis was carried out, and the previous natural frequencies and vibration modes of the gantry crane were obtained. Thus, the instable factors brought about structural vibration were learned, and an effective method of analyzing the structural design of gantry crane was presented.Keywords：gantry crane; FEM; dynamic performance; modal analysis*甘肃省科技重大专项资助项目 (0801GKDA052)**作者简介：郑玉巧，女，1977 年生，硕士，助理研究员，主要研究方向为成套设备及自动化。
基于有限元法的门座起重机结构强度分析报告
基于有限元法的门座起重机结构强度分析报告本文基于有限元法对门座起重机结构进行强度分析，旨在评估结构的强度和稳定性，为更好地设计和维护门座起重机提供依据。
1. 强度分析方法有限元法是一种广泛应用于工程结构分析的数值方法，其基本思想是将结构离散化为有限数量的元件，将每个元件的力学特性用数学模型表达，通过计算这些元件之间的相互作用得到整个结构的力学行为。
本文采用有限元法对门座起重机结构进行强度分析，并通过有限元模拟软件进行计算和模拟。
2. 结构模型和分析参数门座起重机结构模型采用三维有限元模型，包括钢桥、起重机梁、斜帆杆、拉杆、塔柱和地基等部分。
在分析中，设置了风荷载、自重荷载、工作荷载等参数，以模拟门座起重机在不同状态下的受力情况。
3. 结果与分析通过有限元模拟软件对门座起重机进行强度分析后，得到了门座起重机结构的受力分布和应力云图等结果。
结果表明，在风速为20m/s时，门座起重机结构的最大应力位于钢桥部分的焊缝处，达到了207MPa；在工作荷载下，起重机梁的最大应力达到了180MPa。
综合分析得出，门座起重机结构在风荷载和工作荷载下受力较大，需要重点加强其钢桥、起重机梁和斜帆杆等部分的强度和稳定性。
4. 结论本文通过有限元法对门座起重机结构进行强度分析，得到了门座起重机结构的受力分布和应力云图等结果。
综合分析结果表明，在风荷载和工作荷载下，门座起重机结构的钢桥、起重机梁和斜帆杆等部分的应力较大，需要加强其强度和稳定性，以确保门座起重机的安全性和稳定性。
通过本次强度分析，可为门座起重机的设计和维护提供依据，并保障其运行和使用的安全性和可靠性。
相关数据是指与门座起重机结构强度分析有关的参数和结果数据。
针对门座起重机结构的强度分析，主要包括以下数据：1. 结构参数：包括门座起重机结构的几何参数，如钢桥、起重机梁、斜帆杆、拉杆、塔柱和地基等部分的尺寸、形状、材质等。
2. 荷载参数：包括门座起重机在运行和使用过程中所受的各种荷载，如风荷载、自重荷载、工作荷载等。
基于APDL的龙门起重机有限元分析
中方 向。 距为 ａ 跨 ，门框宽 为 ｂ，门腿 下横 梁 中心线 高 度 为 Ｃ， 位 于各 门腿 底部 的 四个节 点 的坐标分 别为 ： 则
（ ａ ｚ， ６ ／ Ｃ ） （ ａ ｚ， ｌ ｚ Ｃ ） （ ／ 一 ｂ／ 一 ／ 一 ｚ， ， 一 ／ ｂ ／ ， １ ， ａ ２， ｚ， ｆ） （ ／ ｂ ／ ，１ 。 １ ， ａ ２，】 ｚ Ｃ）
值。
作 者 简 介 ：何 晓慧 （９ ２） 女 ， 宁 沈 阳 人 ， 士 研 究 生 。 １８ 一 ， 辽 硕
维普资讯
２０ ０ ７年 第 ６期
何 晓 慧 ， 等 ：基 于 Ａ Ｄ 的 龙 门起 重 机 有 限 元 分 析 Ｐ Ｌ
・５ １・
论 为基础 ， 形 函数 中挠 度 和截面 转动 各 自独 立插 值 ， 其 并 考虑 变形 的影 响 。Ｂ ＡＭ１ ８单 元支 持 截面定 义 功 Ｅ ８
模型， 通过结构 设计参数 的调整 ， 可以 自动完成 “ 设计 一
能 ，可 使用 定义 命令 （ｅｔｐ 、ｅｄ ｔ ） ｓｃｙ ｅ ｓｃ ａａ 方便 地定 义 截
维普资讯
第 ６期 （ 第 １ ５ ） 总 ４期
２０ ０ ７年 １ ２月
机 械 工 程 与 自 动 化 Ｍ ＥＣ ＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ０Ｍ ＡＴ１ ０Ｎ
Ｎ ｏ． ６
Ｄｅ ． ｃ
文 章 编 号 ：６２６ １ （０ ７ ０— ０００ １ ７—４ ３２ ０ ）６０ ５ —３
面形 状 ， 且 可在 用户 界 面下 绘 制 已定 义 的截面 图 形 并 （ｅｐｏ ） 以检查 截面 的正确 性 。 Ｅ ｓ ｃ ｌｔ ， Ｂ ＡＭ１ ８单元 具 有 ８ 龙 门起重 机所需 的功 能 ，因此 ，在龙 门起 重机 分析 中
门式起重机结构有限元分析
ANALYSIS RESEARCH分析研究门式起重机结构有限元分析于万成1 程兆辉1 曹天浩1 王 鹏21太原重工股份有限公司 太原 030024 2太原科技大学机械工程学院 太原 030024摘要：利用有限元分析软件对75/35t-29m 门式起重机的3种工况进行了仿真计算，并结合GB/T 3811-2008《起重机设计规范》理论计算值对计算结果进行分析。
分析表明：结构的静刚度和垂向挠度均满足使用要求，但在小车运行至刚性和柔性支腿有效臂端时，结构产生较大的侧向位移，对连接处螺栓疲劳寿命造成一定程度的疲劳损伤，Ansys 的计算结果及分析为起重机的安全评估及检验检测提供了有益参考。
Abstract: In this paper, three working conditions of 75 / 35t - 29m gantry crane are simulated and calculated by using finite element analysis software, and the calculation results are analyzed based on the theoretical calculation values of GB / T 3811 - 2008 Design Rules for Cranes. The analysis shows that the static stiffness and vertical deflection of the structure meet the application requirements. However, when the trolley runs to the effective arm ends of the rigid and flexible legs, large lateral displacement will be produced inside the structure, which will cause fatigue damage to the bolt fatigue life of the joint to a certain extent. The calculation results and analysis of Ansys provide useful references for the safety evaluation and inspection of cranes.关键词：门式起重机；刚性支腿；柔性支腿；有限元分析Keywords: gantry crane; rigid leg; flexible leg; finite element analysis中文图类号：TU32：TH213.5 文献标识码：A 文章编号：1001－0785（2018）0 引言双梁U 形门式起重机（以下简称门机）做为一种被广泛应用于站场集装箱装卸的特种设备，其主要工作特性是负载重，工作频次高[1]。
第八章龙门起重机金属结构的设计计算
第八章龙门起重机金属结构的设计计算龙门起重机是一种用于起重和搬运重物的机械设备，它具有起重高度大、使用范围广、起重能力强等优点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
龙门起重机的金属结构设计计算是确保其安全可靠运行的重要环节。
本文将从材料选取、结构设计计算等方面介绍龙门起重机金属结构的设计计算。
在龙门起重机金属结构的设计中，材料的选取是至关重要的。
一般来说，常用的材料包括低合金钢和碳素钢等。
低合金钢具有较高的强度和韧性，适用于承受较大载荷的主要构件，如大梁和吊杆等。
碳素钢具有较高的硬度和耐磨性，适用于一些易磨损的部件，如滑轮和传动齿轮等。
在选择材料时，还需要考虑成本和可加工性等因素，确保设计的金属结构既具备足够的强度和刚性，又能够满足预算和生产要求。
在进行金属结构设计计算时，需要考虑起重机运行时的载荷和力的作用，通常包括自重、起重物的重量、惯性力和风荷载等。
其中，自重是指起重机自身构件的重量，在计算时需要考虑到各个构件的质量和大小等因素。
起重物的重量则是指所要搬运的物体的重量，通常根据实际需求进行估算。
惯性力是指运行过程中构件由于加速度而产生的惯性力，需要根据运动方程进行计算。
风荷载是指风对起重机金属结构所产生的压力，通常根据当地的风速和气象条件进行估算。
在进行金属结构设计计算时，需要确保起重机的金属结构具有足够的强度和稳定性。
强度是指材料承受外部力作用时不发生破坏的能力，通常通过计算构件的截面尺寸和应力来验证。
稳定性是指金属结构在受到外部力作用时不发生失稳的能力，通常通过计算构件的抗弯和抗扭刚度来验证。
在计算过程中，可以采用有限元分析等工程力学方法，通过数值模拟来分析金属结构的受力和变形情况，从而得到结构的设计参数和优化方案。
此外，在进行金属结构的设计计算时，还需要考虑到起重机的使用寿命和安全保护等问题。
使用寿命是指起重机金属结构在使用过程中所能够承受的循环次数和年限，需要根据实际情况进行评估和验证。
有限元分析法在起重设备管理中应用
有限元分析法在起重设备管理中的应用1. 引言起重设备是现代工业生产中必不可少的重要设备之一。
在起重设备的设计、制造和使用过程中，安全性和可靠性是至关重要的考虑因素。
为了确保起重设备在工作过程中的稳定性和安全性，有限元分析法被广泛应用于起重设备的管理中。
2. 有限元分析法简介有限元分析法（Finite Element Analysis, FEA）是一种基于数值计算的工程分析方法，能够模拟和分析复杂结构的力学行为。
该方法将复杂的结构分割为许多小的单元，通过求解数学模型中的方程组来计算结构的受力和变形情况，从而评估结构的性能。
3. 有限元分析法在起重设备设计中的应用起重设备的设计过程中，有限元分析法可以用于以下方面：3.1 结构强度和刚度分析通过有限元分析法，可以对起重设备的各个部件进行强度和刚度分析。
例如，可以评估起重机臂的受力情况，确保其在工作过程中不会发生过大的变形或破坏。
3.2 疲劳寿命预测起重设备在使用过程中会受到循环荷载的作用，容易出现疲劳破坏。
有限元分析法可以预测起重设备的疲劳寿命，帮助制造商确定维护计划和升级方案，确保设备的可靠性和安全性。
3.3 结构优化通过有限元分析法，可以对起重设备的结构进行优化。
例如，可以通过分析不同材料的应力分布情况，确定最佳材料选择；通过调整部件的几何形状，优化设备的结构性能。
4. 有限元分析法在起重设备制造中的应用起重设备的制造过程中，有限元分析法可以用于以下方面：4.1 制造过程仿真通过有限元分析法，可以模拟起重设备制造过程中的各个环节，例如焊接、拼装等，评估制造过程中的应力分布情况和变形情况，确保制造过程的质量和可靠性。
4.2 产品质量控制有限元分析法可以对制造出的起重设备进行质量控制。
通过对产品的受力和变形情况进行分析，可以及早发现潜在的质量问题，并采取相应的措施进行改进。
5. 有限元分析法在起重设备使用中的应用起重设备在使用过程中，有限元分析法可以用于以下方面：5.1 动力学分析通过有限元分析法，可以对起重设备在工作过程中的动力学行为进行分析。
简易龙门吊有限元分析
简易龙门吊有限元分析摘要:根据简易龙门吊整体结构特点,用工程软件pro/e建立了简易龙门吊的有限元模型,基于ANSYS软件对该产品进行了受力分析。
通过分析找出机架在工作过程中产生的最大位移和最大应力及对应的位置,并对其进行了强度和刚度校核计算,确定其结构是满足工作要求的。
通过分析提出了一些改进的措施和建议,保证了设备的安全性和合理性。
关键词:龙门吊有限元分析ansys轻型移动式龙门起重机又称简易龙门吊,由于采用单梁式轨道结构,因此结构简单紧凑,使用安全便捷。
凡是采用悬挂式起重机不可能或不经济的地方都可以方便使用。
适用于工厂、矿山、工地,尤其适用于车间设备及模具的安装、搬运、调试、汽车上货物的装卸。
其金属材料结构的力学性能对整个起重机的正常安全运行有重要的影响。
为了加强安全生产,保证设备高效正常作业,现对其金属材料结构进行全面的有限元分析并提出改进措施。
此处采用ansys作为分析工具,该软件具有强大的分析和前后置处理的功能,是现在使用最广泛的有限元分析软件之一。
1 有限元分析模型本文采用的材料特性:弹性模量为E= 2.06e11Pa,柏松比μ=0.3。
采用solid186单元划分有限元网格。
1.1 模型建立简易龙门吊由于其工作使用情况和结构特点,采用单梁式轨道,根据其起升重量,轨道选用32型工字钢。
立柱与加强支撑杆分别使用其他型号的工字钢。
由于运行电动机是以工字梁轨道的下腹板作为运行轨道,因此工字梁轨道模型不能简化,所以本模型中龙门吊的实体结构力学模型是基于Pro/Mechanic软件中的3D梁单元来建立的,为便于对机架进行有限元分析,在建立机架力学模型时,作以下几点假设:(1)机架本体为刚架结构,机架各杆之间焊接可靠,为刚性连接;(2)机架工作时底部与支座间不发生相对移动或转动,为固定支座(如图1)。
1.2 载荷处理因为简易龙门吊的结构特点和使用场合,载荷分析作用在该龙门吊轨道梁上的载荷主要有:龙门吊单轨道梁的自重载荷;起升运行电机的自重载荷及起升载荷;下降制动的惯性载荷;运行电机运行制动的惯性载荷。
基于ANSYS的门式起重机有限元分析及结构优化
６ ５ ｒｍ ５． ５ ａ
计算 Ｔ况 ５ ：起重 机为 非 工 作状 态 ，小 车 空 载 位于跨 巾 ，大 车 固定 于 轨 道 上 ，１ １级 风 ，风 载 方 向平行 于 主梁 。 整机 的结构 自重 由 ＡＮＳ ＹＳ系统 计 算后 自动 给
八３考 虑 ，故垂 直静 挠 度 应 不 大 于 Ｓ／ ０ 。该 起 ７０
小车 位 于 左 极 限 位 置 时 最 大 应 力 ，
Ｍ Ｐａ；
重机跨 度 Ｓ＝６ ）ｍｍ，ｓ ７Ｉ＝８ ． ｍｍ，所 以结 １ （） ５（ ／ ｛ｔ ７ ９ （
构静 刚度 满足 要求 。
［］一 ｄ
材料 的许 用应 力 ，ＭＰ 。 ａ
ｆ Ｓ ７０ ￣ ／０ （） ５
３ 结构 优 化
３ １ 优化 方 法选择 ．
３ ４ ２ 静 刚度 约束 条件 ．．
式 中 ． － 跨 中 垂 直 静 挠 度 ，ｍｉ ； ，一 － ｉ ｌ
通 过 ＡＮＳ ＹＳ对 门式 起 重 机 金 属 结 构 的分 析 ，
Ｓ一 门式 起重 机跨 度 ，ｍｍ。
１６ ０
建氙机拭
作 次数很 少 ，在计算 起 重机 由额 定起 重量 和小 车 白 重在 主梁跨 中引起 的垂 直 静挠 度 时 按 二 作 级别 Ａ２ ｒ
～
式 巾 Ｏｍｘ —小 车 位 于 跨 中 时 最 大 等 效 应 力 ， ＇ａ １ — ．
Ｍ Ｐａ；
（ ／ ｘ－ ＂ ］ ｍａ － ） ＇
２ Ｍ Ｐａ。 ５７
该起 重机 有关 计算 参数 如下 ： 小 车 自重 ６ ５ Ｏ ｇ １ ｌｋ ； 结构 总重 ５ ５ ８ ｋ ； ｏ ９ Ｏ ｇ
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第六章练习：龙门起重机金属结构有限元分析
图6-1为龙门起重机实物，图6-2为其结构简图，图6-3是几个主要受构件主梁、上横梁、下横梁、支腿的截面图。
图6-1 龙门起重机
图6-2 金属结构总图
图6-3 各部件截面简图
参考分析步骤如下：
1．改变默认工作路径，定义文件名和分析标题
(1)Utility Menu→File→Change Directory…
(2)Utility Menu→File→Change Jobname…
(3)Utility Menu→File→Change Title…
2．定义单元类型：SHELL63壳单元
Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete，→Add，
选择Structural Shell，Elastic 4node 63，→OK。
3．定义实常数
即定义结构所用板材的厚度，共6、8、10、12mm四组。
Main Menu：Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete，→Add…
4．定义材料力学参数
Main Menu：Preprocessor→Material Props→Material Models，Structural→Linear→Elastic→Isotropic 弹性模量EX=2.1E5 (MPa)
泊松比PRXY= 0.3
钢材密度DENS=7.85E-6 (kg/mm3)
5．建模
⑴创建上横梁
选定整体坐标系，如图6-2。
①创建体。
Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→By 2 Corners & Z
输入：WPx Wpy Width Height Depth(0,0,700,-1000,5200)
②删除体，保留体以下的图元。
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Delete→Volumes Only
③显示面号和线号
Utility Menu→PlotCtrls→Numbering
④创建上横梁内的横隔板
沿Z向拷贝Z=0处的面元，。
Main Menu：Preprocessor→Modeling→Copy→Areas，ITIME=4，DZ=1000。
⑵创建主梁
①沿Z负向Copy Z=5200处的面元
Main Menu：Preprocessor→Modeling→Copy→Areas，ITIME=2，DZ=－1200。
②分解相交图元
Main Menu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Area by Line，Pick All。
③创建主梁变截面部分
拷贝y=0平面内，x=700，z=4000～5200的一条线。
Main Menu：Preprocessor→Modeling→Copy→Lines，ITIME=2，DX=2300。
将新生成的这条线再沿负Y向拷贝。
Modeling→Copy→Lines，ITIME=2，DY=－2000。
顺序连接各点，创建主梁变截面部分的四个外表面。
Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→Through KPs
创建X=3000处的面元：Modeling→Create→Areas→Arbitrary→By Lines。
④创建主梁等截面部分
沿X向拷贝X=3000处的面元
Main Menu：Preprocessor→Modeling→Copy→Areas，ITIME=2，DX=22000。
顺序连接各点，创建等截面部分的四个表面。
⑥创建主梁内的横隔板
Main Menu：Preprocessor→Modeling→Copy→Areas，ITIME=12，DX=2000。
⑦分割相交图元
Main Menu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Area by Line，Pick All。
⑶创建变截面支腿
参考上述步骤。
创建支腿内的横隔板：
将支腿各边线分割成4等份，再连接等分处的各点，生成隔板面元。
Main Menu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Line into N Ln’s，NDIV=4。
⑷创建下横梁
同上。
⑸分割相交图元
Main Menu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Area by Line，Pick All。
6．设置板厚
⑴设所有板厚的实常数=3。
Main Menu：Preprocessor→Meshing→Mesh Tool,在第一栏Element Attributes 中选择Areas→Set,弹出Area Attributes对话框,单击Pick All,使REAL=3,即10mm的板厚。
⑵对板厚不为10mm的板分别设置其实常数。
需选择具体的面元，不能用Pick All。
其余步骤同上。
7．创建整体结构
⑴Main Menu：Preprocessor→Modeling→Reflect→Areas, Pick All,选择x-y平面作为镜像平面，→OK。
⑵移动工作平面至结构左右对称面内，并激活工作平面坐标系。
Utility Menu→WorkPlane→Align WP with→Keypoints,选择结构左右对称面上的三点，OK。
Utility Menu→WorkPlane→Change Active CS to→ Working Plane
⑶Main Menu：Preprocessor→Modeling→Reflect→Areas, Pick All，选择x-y平面作为镜像平面。
⑷重新激活整体直角坐标系。
Utility Menu→WorkPlane→Change Active CS to→ Global Cartesian
8．合并重复项
Main Menu：Preprocessor→Numbering Ctrls→Merge Items，选Label=Keypoints
9．划分网络
Main Menu：Preprocessor→Meshing→MeshTool，在MeshTool 的第三栏Size Controls中单击Lines 对应的Set按扭，→Pick All,输入单元边长SIZE=400，OK，回到MeshTool对话框，在第四栏选中Mapped(映射网格划分，单击Mesh,选择Pick All。
10．施加位移边界条件
Main Menu：Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Areas,选择下横梁两底面的第一个面元。
共四处。
约束X、Y、Z三个方向的线位移。
11．施加载荷
⑴Main Menu：Solution→Define Loads→Apply→Structural→Force/Moment→On Keypoints,选择距跨中心线左右各2000处的两主梁内侧的4个关键点， FY =-275000N。
⑵施加重力加速度
Main Menu：Solution→Define Loads→Apply→Structural→Inertia→Gravity,ACELY=9.8m/s2。
12．求解
Main Menu：Solution→Solve→Current LS
13．图形显示计算结果
变形图：Main Menu：General PostProc→Plot Results→Deformed Shape
等值线图：Main Menu：General PostProc→Plot Results→Contour Plot
动画：Main Menu：PlotCtrls→Animate
14．列表显示结果数据
Main Menu：General PostProc→List Results 15．通过结果浏览器显示计算结果
Main Menu：General PostProc→Results Viewer。