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门式起重机下承式主梁的有限元分析及优化设计

陈泽宇  
【摘要】:门式起重机是一种搬运大型物料的起重设备,广泛用于国民经济建设中,在现代化中占有重要地位。随着门式起重机的使用范围越来越广,其存在的问题和不足也逐渐凸显出来。针对传统门式起重机在工作中,因主梁受力形式单一而导致应力、应变偏大的这一问题。本文依据下承式系杆拱桥的受力特点、参照其结构形式,对某双梁门式起重机的主梁进行了结构改进,提出了一种下承式主梁的结构设计,来改善主梁的受力状况、提高其力学性能,并达到节约钢材、降低生产制造成本的目的。文章首先对下承式主梁进行了结构设计,建立了两种主梁的简化力学模型。比较所受弯矩和挠度,从理论上得出了下承式主梁力学性能优于平直主梁。然后利用有限元软件ANSYS对其在危险工况下进行静力分析,对比结构改进前后的仿真分析结果,了解了主梁上应力、应变的分布情况和大小,验证了下承式主梁结构的静强度、静刚度均优于平直主梁结构的结论。建立主梁结构优化设计的数学模型,并采用ANSYS完成了对下承式主梁的各尺寸优化,把优化后的下承式主梁进行静力分析,得出了在满足静强度、静刚度的提前下,下承式主梁要比平直主梁的质量减轻12.6%,大大的节约了成本。结合工程实际,由桥架、小车及卷筒吊轮组成的系统建立其动力学模型,确定了门机的理论工作频率。对下承式主梁进行模态分析得到了主梁的固有频率和相应振型,通过分析可知理论工作频率远离低阶固有频率,门机不会产生共振。在此基础上,继续对下承式主梁进行谐响应分析,发现引发主梁产生振幅最大的频率是第三阶固有频率,说明该阶频率容易使工作中的主梁在Y方向发生故障,需要在此方向增加主梁刚度。动力学分析不仅验证了下承式主梁的动态特性满足设计要求,还可以根据其薄弱环节,对下承式主梁进行改进,增加起重机的安全性及操作的舒适度。研究结果表明,这种借鉴桥梁结构而衍生的新式主梁设计—下承式主梁,不仅改变了受力形式、改善了受力状况,还减轻了其自重并达到了降低生产制造成本的目的,更为主梁的新型结构设计及门式起重机的轻量化设计提供了参考。


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