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基于虚拟样机技术的门式起重机动态特性分析

丁振兴  
【摘要】:门式起重机由于起重量大、操作方便简单、起重方式灵活、能够实现双向移动等特点,被大量应用于工厂、建筑工地、铁路货场、港口码头以及水电站等各种场所。本论文针对目前门式起重机主要采用传统的静态设计方法,以静载荷乘以动载系数来考虑各种运行工况下的动载荷,不容易准确地反映门式起重机实际运行过程中的动态性能,因此本论文采用虚拟样机技术,将虚拟样机技术引入到门式起重机的设计过程中,真实模拟起重机在各种运行工况下的动态特性,试图克服传统静态设计方法存在的缺陷。 首先,通过常规设计计算确定了门式起重机的结构参数以及起升、小车运行、大车运行机构的运行参数。在确定门式起重机参数的基础上,对门式起重机的起升工况、小车运行以及大车运行工况和起重机大车端部缓冲器与止挡器碰撞工况进行了动力学模型的理论推导,为门式起重机进行虚拟样机的动力学仿真奠定了理论基础。其次,利用三维设计软件Pro/E对门式起重机整机进行虚拟样机建模,将建立的模型通过无缝接口Mechanism/Pro导入到ADAMS软件中。再次,对整个仿真过程中有重要影响的起重机钢丝绳的建模理论与方法进行了详细研究,将建立的钢丝绳模型与门式起重机模型装配后进行刚体动力学仿真分析。最后,将门式起重机的整个门架金属结构部分通过无缝接口导入到ANSYS软件,借用ANSYS软件强大的分网功能,对门式起重机的金属结构划分网格,然后生成柔性体仿真分析所必须的模态中性文件(MNF),以替代ADAMS刚体动力学仿真中的门式起重机金属结构,从而进行刚柔耦合动力学仿真分析,进一步提高了仿真分析的精度。 因此,本论文将虚拟样机技术引入门式起重机的设计中,实现了对起重机各机构在各种工况下随载荷变化的运行状态及随时间变化过程的仿真模拟,得到仿真数据和结果,以此来评价和预测门式起重机实际运行工况下的各种动态性能,具有重要的现实意义,有利于克服传统静态设计方法采用动载系数考虑动载荷以及采用有限元分析方法通常针对某一结构进行静力及模态分析无法评估整机动态性能的缺点。


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