电动葫芦门式起重机动力学结构优化设计.ppt

电动葫芦门式起重机动力学结构优化设计 摘要 采用ANSYS软件的二次开发语言，建立了门式起重机的有限元模型，对其模型进行静态和动态分析，导到起重机的变形、应力强度和模态固有频率。以起重机整体结构为研究对象，以起重机整体质量最小和起重机的漠态固有频率在满足条件的情况下最大为优化目标，对起重机的结构参数进行优化设计。优化结果表明，在满足约氧条件的情况下，起重机的整体质量可以降低21．6％ ，模态固有频率也能够满足起重机要求，降低了起重机的制造 l；5 本，改善了起重机工作性能。 关键词：起重机；有限元模型；模态；优化设计 0 引言 起重机是在复杂情况下的一种大型运输机械，其本身的结构特性和动态特性都对使用性能有很大的影响。长期以来，起重机的设计依靠人工设计和传统经验等方法。这种方法具有很大的局限性。人们往往只考虑了起重机静态时的工作载荷，而动态工作载荷常常将其转化为静态工作载荷来考虑 近些年来，人们开始考虑使用计算机软件对起重机进行优化设计，但还没有充分地考虑起重机的动态工作载荷。 以电动葫芦门式起重机结构为例，基于ANSYS软件建立起重机的整机模型，对起重机进行结构分析和优化设计，同时考虑起重机的静态、模态和谐相应等工作性能，从而全面的反应起重的整机性能。同时，使用APDL语言进行起重机参数化建模，加载，结构分析和优化设计。通过这套程序，将大大的缩短同类型不同尺寸的起重机的开发周期，为起重机的结构设计分析提供了一种新的设汁方法。 1、模型建立与加载分析 1.1模型结构与基本参数 1.1.1 模型结构 本次起重机模型采用的是某起重机有限责任公 司的MH型电动葫芦门式起重机。整个起重机部分 包括主梁，支架和地梁三大部分。其中，起重机的主梁部分采用的是箱型主梁结构，起重机支架部又分为左、右两部分支架，左支架为分叉结构， 支架要承受起重机操作室的重量。其重要结构图如图1。 图1 1．1．2 基本参数 本次起重机的主要材料决定采用Q345钢，通过参阅相关文献得到Q345材料主要参数为弹性模量Ex =206 GMP，泊松比 Vxy=0．3，密度DENS=7．85 g／cm^3。起重机起重主要额定重量Q=12 t，电动葫芦重量200 kg。起重机尺寸主要参数如表1所列 为正确地反应起重机的工作性能，本次建模决定采用shell63和soild45两种单元，shell63是一种平面单元，该单元每个节点有6个自由度，既有弯曲能力，又有膜力，可承受平面载荷和法向载荷。Soild45是一种实体单元，每个单元由8个节点组成，每个节点有xyz三个方向自由度，能够承受塑性，大变形和大应变的特征。起重机的主梁和支架部分采用的是shell63单元，起重机地梁决定采用soild45单元。对有限元模型进行网格划分，已划分为16 562个单元16635个节点。构建的起重机有限元模型如图2所示。 1．2 起重机载荷分析 起重机的工作环境复杂，受到的载荷种类较多，且变化很大。故在对起重进行载荷分析时只对起重机受到的几种较典型的载荷进行分析。通过分析，主要考虑以下几种基本载荷(自重载荷、起重载荷，水平运动惯性力)和附加载荷(风载荷)等 1．2．1 自重载荷 起重机的自重载荷主要包括起重机主梁自重、电动葫芦自重、支架自重、地梁自重、操作室自重及起重机上其他设备的自重。考虑到起重机工作时受到的冲击，在计算自重载荷时要将自重载荷乘以一定的冲击系数，此处的冲击系数取值为1．25。 1．2．2 起升载荷 起升载荷主要是指起升质量的重力，其包括起重量，吊具和钢丝绳等的重量。在计算起重载荷时，要考虑由于起升和制动等对起重机工作性能的影响，所以也要将起升载荷乘以一定的动载荷系数，此处的动载荷系数取值为1．2。 1．2．3 水平运动惯性力 起重机在水平方向运动时，考虑到水平方向的加速，制动等对起重机工作性能造成的影响，所以，还需要考虑水平运动惯性力，即： PH= Ψ5ma (1) 式中：a为启动、制动加速度； Ψ5为系数，通常取值1≤ Ψ5≤2，本文取值为1．5。 1．2．4 附加载荷 门式起重机主要是露天作业，考虑到起重机在露天环境下可能会受到风作用等，所以，还将考虑一定作用的风载荷，本文将风载荷分为工作状态风载荷和非工作状态风载荷两种。 1．2．5 约束条件 考虑起重机运行机构的约束条件，对起重机地梁下端进行自由度约束，得到龙门起重机的受力模型。 2 起重机受力分析 2．1 起重机静态受力分析