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大型门式起重机结构特性与系统虚拟仿真研究

朱小海  
【摘要】:门式起重机通常是包含结构、机构等部件的复杂系统。门式起重机金属结构是门机的重要组成部分,对其的研究与设计是门机设计过程中的重要内容。门式起重机机构是实现门机功能的基础,对整机的性能有较大影响。随着门式起重机不断巨型化、高效化的发展,其整机的综合性能受到越来越多的人关注。本文以配合珠港澳大桥建设的梁场用2000t大型门式起重机为例,借助大型结构有限元分析软件ANSYS、多体动力学分析软件ADAMS分别从结构特性和机构运动两个方面对该门机的强度、刚度、风振特性、地震响应以及虚拟仿真进行研究。其主要研究内容如下: 1.利用ANSYS对2000t门式起重机进行了结构分析。对主梁预拱参考值、刚支腿预偏值、主梁刚度、整机强度、走偏工况、暴风工况、试验工况进行了详细的分析,结果表明结构的刚度、强度满足设计要求。 2.利用ANSYS对2000t门式起重机进行了模态分析。对其在空载工况、满载工况、以及预应力作用下的满载工况的模态参数进行了研究与对比,得到结构的自振频率和振型。结果表明门机满载工作时结构所受应力对其动态特性影响可忽略,并讨论了吊重对系统模态参数的影响。 3.利用ANSYS对2000t门式起重机进行了风振特性研究和风压分布特性研究。根据随机风载Davenport功率谱模拟出随机风载荷风速时程曲线和风压时程曲线,利用ANSYS进行瞬态动力学分析得到结构的风振系数。利用ANSYS CFX对起重机风场进行模拟,得到门机外表面的风压分布特点及结构体型系数。 4.利用ANSYS对2000t门式起重机进行了地震响应研究。分别采用等效静载分析法、反应谱分析法、瞬态动力学分析法对门机进行地震响应分析。等效静载法与反应谱法的计算结果两者较为接近,但反应谱法的计算结果略大。瞬态分析的结果均远大于前两者的计算结果。分析结果表明大型门机的地震响应需进行瞬态分析才能得出较精确的计算结果。 5.利用ADAMS对2000t门式起重机进行了虚拟仿真研究。对门机工作过程中的7种典型工况进行了虚拟仿真,得到门机支反力、车轮轮压的变化曲线。结果表明机构的控制精度及性能对结构动态特性有较大影响。 本文的研究内容与成果,可为大型门机的结构特性的研究提供参考与借鉴,同时也可以为大型门机的设计提供一定的指导意义。


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