大型龙门吊静动特性分析及主梁结构参数优化

摘要

随着国内外龙门起重机朝着大型化和轻量化方向的不断发展，对龙门起重机的自重要求和动态性能要求也越来越高，其中主梁是龙门起重机的核心部件，对起重机的性能有着重要影响。论文以320T龙门起重机为研究对象，围绕龙门起重机的动力学模型建立，主梁受力分析和工况选择，起重机刚度及强度校核，起重机模态分析和起重机主梁参数优化等展开研究工作，主要包括以下几个方面: 首先介绍龙门起重机整机结构和起重机三大部件刚腿、柔腿和主梁的结构参数。建立了龙门起重机的动力学数学模型，用能量法建立了起重机的动能、势能和耗能方程表达式，借助拉格朗日方程，推导出龙门起重机的系统振动微分方程。 其次采用有限元法，分别研究小车位于主梁中部、刚腿侧和柔腿侧各工况的受力情况，现场模拟起重机的静载试验。用有限元法分析起重机模态，得到了起重机前六阶固有频率和振型，为确定机构的激励频率范围和防止共振现象提供了依据。 最后应用ANSYS模块优化分析方法，构造主梁的优化模型和结构，以减轻主梁重量为目标，对主梁结构参数进行了优化。优化前后的主梁刚度云图和振阶频率的对比表明，优化后的主梁减轻了重量，保证了主梁的强度，节约材料，缩短制作周期，满足起重机的技术要求。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景及意义

1．2起重机及其应用

1．3国内外研究现状

1．3．1起重机结构设计方法的综述

1．3．2有限元法及优化设计在起重机结构设计中的应用

1．3．3起重机结构设计的发展

1．4论文的主要内容

2 320吨龙门起重机主要结构分析和动态特性建模

2．1 320吨龙门起重机主要结构及整机参数

2．1．1龙门起重机主要结构

2．1．2起重机的基本参数

2．2 320吨起重机主要构件的参数

2．2．1主梁结构参数

2．2．2刚腿结构参数

2．2．3柔性腿结构参数

2．3 320吨龙门起重机动力学建模

2．3．1建立坐标系

2．3．2建立系统能量表达式

2．3．3系统振动微分方程计算

2．4 320吨龙门起重机存在的问题

2．5本章小结

3 320吨门式起重机刚度及强度分析

3．1龙门起重机有限元模型的建立

3．1．1模型的单元组成

3．1．2模型的单元特性

3．1．3起重机有限元模型

3．1．4几何模型建立及约束

3．2主梁的受力分析与工况的选择

3．2．1计算载荷分析

3．2．2工况分析

3．3 320T门式起重机刚度和强度分析

3．3．1起重机静刚度和强度计算

3．3．2起重机典型工况计算

3．4 320T门式起重机静载横梁挠度实验与分析

3．4．1起重机静载横梁挠度实验方法

3．4．2起重机静载横梁挠度实验结果

3．4．3实验工况下起重机静载横梁挠度的仿真

3．4．4实验与仿真结果对比

3．5本章小结

4龙门起重机的模态分析

4．1起重机模态分析目的

4．2基于ANSYS模态分析的步骤

4．3模态分析基本理论

4．4起重机模态计算及分析

4．4．1典型工况计算结果

4．4．2模态振型结果分析

4．5本章小结

5 320T 门式起重机主梁结构参数优化

5．1优化设计的基本理论

5．1．1优化数学模型的构成

5．1．2优化设计的步骤

5．2主梁优化设计三要素的确定

5．2．1设计变量的确定

5．2．2约束条件的确定

5．2．3目标函数的确定

5．3基于ANSYS软件进行起重机主梁优化

5．3．1在ANSYS优化模块中进行优化

5．3．2实验设计法

5．3．3响应面的参数灵敏度结果

5．3．4目标优化

5．3．5优化后的结果校核

5．4本章小结

6结论与展望

6．1结论

6．2展望

致谢

参考文献