港口门座起重机臂架结构有限元分析

前言对龙门起重机结构进行分析计算的传统设计方法，不仅公式繁多，而且因为对力学模型进行了过多地简化，造成计算结果的不准确，使得在保证结构正常工作的前提下，整机重量较大，产品的性价比较低，市场竞争力较弱。

而有限元分析方法可在三维建模的基础上，真实地反映龙门起重机复杂的载荷情况，因此近年来在起重机设计中的应用越来越多。

1有限元分析（1）有限元模型龙门起重机由起升机构、小车运行机构和装卸桥组成。

装卸桥是起重机的重要组成部分，其安全可靠性直接决定着起重机的工作能力和工作质量，对起重机进行结构强度分析主要是对装卸桥进行分析。

装卸桥由刚性支腿、柔性支腿和主梁组成，这些结构件都是用钢板焊接而成的箱体，内部用钢板形成网格状骨架来增加桥的强度。

装卸桥零件主要是板形和梁形，故采用壳体和线来建模。

由于装卸桥零件比较多，如果采用过多的单元类型，划分网格时会因为不同单元之间的过渡引起单元畸形，影响分析的精度。

所以在有限元模型中，主要采用SHELL63单元和BEAM188单元。

装卸桥板型零件采用SHELL63单元。

SHELL63既具有弯曲能力，又具有膜力，可以承受平面内荷载和法向荷载，包含应力刚化和大变形能力，比较符合装卸桥板型零件的实际受载情况。

梁形零件采用BEAM188单元。

BEAM188单元是一个三维线性（2节点）有限应力梁，该单元适用于线性，大旋转和大应变非线性分析，包括应力强化，比较符合装卸桥梁型零件的实际受载情况。

忽略抓斗和小车的形状，把它们简化为质点，采用质量单元MASS21。

起重绳索采用LINK10单元，为了模拟重物提升过程中重物自重和重物动载荷的影响，重物采用质量单元MASS21。

装卸桥采用Q235，材料密度为7800kg/m 3，弹性模量为2×1011Pa ，泊松比μ＝0.3。

有限元模型的节点数17756，单元数21801，模型质量316t ，接近装卸桥实际质量320t 。

（2）载荷与边界条件装卸桥所受到的载荷主要有：①装卸桥额定载荷为10t ，取动力系数1.25。

机械臂臂座有限元分析及结构改进发表时间：2013-06-14T08:52:22.107Z 来源：《学术月刊》2013年5月供稿作者：胡世杰潘淑微宋荣徐振宇何斌[导读] 机械臂臂座作为机械臂的关键零部件，需要进行有限元分析，以确保其工作可靠。

胡世杰潘淑微宋荣徐振宇何斌（胡世杰，潘淑微，宋荣：温州职业技术学院机械工程系，浙江温州 325035）（徐振宇：金华职业技术学院机电工程学院，浙江金华 321017）（何斌：上海大学机械系，上海 200444）[摘要]采用有限元方法对机械臂臂座进行了分析；对初始产生屈服变形的机械臂臂座分析了在给定静载荷下的应力及位移量。

根据分析结果针对不合理结构的机械臂臂座进行了改进设计，通过有限元分析方法验证了改进设计后臂座所能承受的最大应力得到提高，能够保证机械臂的正常工作。

[关键词]机械臂臂座有限元力学分析[作者简介]胡世杰（1974-），男，工程硕士、副教授。

毕业于浙江大学，主要研究方向为机械设计、材料成型工艺与模具设计。

[中图分类号] TH12 [文献标识码] A [文章编号]0439-8041（2013）05-0091-03机械臂广泛应用在工业自动化领域，机械臂一般采用多关节设计，在各关节中安装伺服电机和谐波减速器，通过工控机控制关节伺服电机对机械臂各关节进行驱动，以保证机械臂能够精确定位抓取物件，实现既定动作。

为了保证机械臂运动的精确性，必须减少由于机械臂零件受力变形所带来的位移影响，这就有必要在重量基本保持不变的前提下，提高关键结构件的刚度，以便机械臂在负载作用下具有较高的定位精度和重复定位精度。

对于伺服电机本身，由于是成熟产品，暂不考虑改变其结构，因此机械臂优化主要是针对固定伺服电机的臂座进行结构改进设计。

由于机械臂产品定型后，臂座零件将主要采用铝合金压铸方法制造毛坯件，然后经过少量机械加工成型，这样可以节约零件制造成本，提高生产效率。

压铸模具的制造费用昂贵，因此，先根据已有产品和经验，建立臂座零件的三维模型，通过有限元方法对臂座进行应力分析，判断出承受较大应力薄弱区域，针对薄弱区域进行结构改进设计[1][2][3][4][5]，并验证改进结果，最后根据改进结果设计定型，然后制造压铸模具，保证最大限度的可靠性。

门座起重机臂架结构锈蚀分析与研究的研究报告门座起重机是一种重要的机械设备，被广泛应用于船厂、码头等工业领域。

在使用门座起重机的过程中，经常会发现机械结构出现锈蚀现象。

门座起重机臂架结构的锈蚀问题严重影响了设备的使用寿命和安全性能，因此有必要对其进行分析和研究。

一、锈蚀问题的原因1.1 环境因素门座起重机在使用过程中，经常处于潮湿、腐蚀的环境中，暴露在海洋、雨水等自然环境中。

这些环境因素是导致门座起重机臂架结构出现锈蚀的主要原因之一。

1.2 材料质量门座起重机的制造材料质量是影响其使用寿命的重要因素。

如果使用的是低质量的钢材或不符合标准的金属材料，就容易导致门座起重机结构出现锈蚀问题。

1.3 维护保养不到位门座起重机的维护保养也是导致锈蚀问题的原因之一。

如果长期忽略设备的保养和维护，就会导致设备结构出现锈蚀，进而影响其使用寿命和安全性能。

二、锈蚀分析与研究2.1 现场检查对门座起重机臂架结构进行现场检查，确定锈蚀程度和受损情况，采用不同的修复方案对不同程度的锈蚀进行修复。

2.2 原材料检测对门座起重机的制造材料进行检测，确保使用的是符合标准的金属材料。

同时对原料进行必要的防腐蚀处理，减少使用过程中发生锈蚀现象的几率。

2.3 维护保养计划建立门座起重机的维护保养计划，定期检查设备的结构和涂层情况，并及时修复出现的问题。

同时加强设备的防腐蚀措施，采取多种措施防止设备结构出现锈蚀现象。

三、修复方案3.1 表面处理对锈蚀严重的门座起重机臂架结构进行表面处理，采用抛光、打磨等方法，清除锈蚀层和污垢，保证表面平滑。

3.2 修补/更换受损部位对于受损较严重的门座起重机结构部位，需要采用焊接、更换等方法进行修复。

在更换部件时，要保证更换的材料符合标准，避免再次出现锈蚀现象。

3.3 表面防腐蚀处理对已经修复好的门座起重机臂架结构进行防腐蚀处理，采用各种表面涂层或覆盖物，保证设备长期使用不受损。

四、结论门座起重机臂架结构的锈蚀问题严重影响了设备的使用寿命和安全性能。

门座起重机门架结构的有限元分析武汉水利电力大学 傅永华门架结构是门座起重机的基础结构,设计时一般简化为杆系结构进行计算,即将其部件作为浅梁处理。

然而在实际工程中,许多圆筒门架的部件已不宜视为浅梁。

如某电厂的60t M 6022型门座起重机(图1),沿轴线方向计算高跨比:主梁为260/1050=1/4,下横梁为250/1050=1/4.2,均属于深图1 60t M 6022型门座起重机示意图梁范畴;圆筒与两侧立柱更甚,高跨比分别为320/490=1/1.54与250/320=1/1.28,显然作为刚架结构分析是有很大误差的。

当然,在具体设计中,可加大安全储备弥补这一缺陷,但难免带有盲目性。

而且作为一种复杂的薄壁箱形结构,不了解其应力场的具体分布情况,难以有效地优化结构。

本文以某电厂M6022型门座起重机(以下简称门机)为例,使用Super Sap93大型结构分析软件用板壳元建立力学模型计算,并在分析应力场分布特点的基础上,多次改变模型的局部结构反复计算,较合理地说明了这类结构的强度条件与加固措施。

1 模型建立1.1 单元划分圆筒门架结构是对称的,但门机工作时工况的变化不便于利用对称性,故采用四结点任意四边形板壳元建立整个结构的模型。

其中圆筒板厚18mm,主梁翼缘板厚18m m,腹板厚14mm,下横梁翼缘板厚16mm,腹板厚14mm 。

网格划分如图2所示,共1825个结点,1840个单元。

图2 圆筒门架结构网格节点图的升、降、存和取分别操作,而且是手离按钮即停止动作,有关检测和安全系统仍有效(门联锁除外),升降电机处于慢速状态。

3 安全系统垂直升降式立体停车库的安全系统是由车辆尺寸和重量检测系统、超速保护系统、升降传动机构失效保护系统、冲顶保护系统、沉底保护系统、联锁保护系统、消防系统和避雷装置等组成,其工作方式举例如下:(1)车辆尺寸和重量检测系统 当车超尺寸或超重y/超负荷0灯亮,否则/安全确认0灯亮y 车驶出y 关门y 结束。

第六章练习：门式起重机金属结构有限元分析图6-1为门式起重机实物，图6-2为其结构简图，图6-3是几个主要受构件主梁、上横梁、下横梁、支腿的截面图。

图6-1 龙门起重机图6-2 金属结构总图图6-3 各部件截面简图参考分析步骤如下：1．改变默认工作路径，定义文件名和分析标题(1)Utility Menu→File→Change Directory…(2)Utility Menu→File→Change Jobname…(3)Utility Menu→File→Change Title…2．定义单元类型：SHELL63壳单元Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete，→Add，选择Structural Shell，Elastic 4node 63，→OK。

3．定义实常数即定义结构所用板材的厚度，共6、8、10、12mm四组。

Main Menu：Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete，→Add…4．定义材料力学参数Main Menu：Preprocessor→Material Props→Material Models，Structural→Linear→Elastic→Isotropic 弹性模量EX=2.1E5 (MPa)泊松比PRXY= 0.3钢材密度DENS=7.85E-6 (kg/mm3)5．建模⑴创建上横梁选定整体坐标系，如图6-2。

①创建体。

Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→By 2 Corners & Z输入：WPx Wpy Width Height Depth(0,0,700,-1000,5200)②删除体，保留体以下的图元。

Main Menu→Preprocessor→Modeling→Delete→Volumes Only③显示面号和线号Utility Menu→PlotCtrls→Numbering④创建上横梁内的横隔板沿Z向拷贝Z=0处的面元，。

基于有限元法的门座起重机结构强度分析_黄文翰质量技术监督研究ＱｕａｌｉｔｙａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈ２０１２年第３期（总第２１期）ＮＯ．３．２０１２ＧｅｎｅｒａｌＮｏ．２１基于有限元法的门座起重机结构强度分析黄文翰（福建省特种设备检验研究院，福建福州３５０００８）摘要：采用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对门座式起重机建立整体结构计算分析有限元模型，进行了两种危险工况下的应力计算，并通过将有限元计算结果与实测应力结果进行比较，验证了有限元计算结果的可靠性，为门座式起重机的强度分析提供了可行的有限元参考方法。

关键词：门座式起重机；有限元；强度分析随着贸易经济高速发展和港口货物吞吐量不断增长，门座起重机由于其良好的工作性能和通用性，成为港口装卸作业不可缺少的重要设备。

门座起重机的整体金属结构作为主要的承载部件，由于其露天、腐蚀性的工作环境以及较高的使用频率和工作强度，易产生疲劳裂纹、腐蚀等缺陷，影响结构强度和刚度等力学性能，并危及起重机使用安全。

因此，分析门座起重机的金属结构强度并为生产和维修提供依据，具有十分重要的意义。

传统的门座起重机结构分析多采用力学计算方法，由于其设计变量较多，受力复杂，因此计算量大且较多采用经验简化或估算，势必影响计算结果的准确性。

有限元分析方法具有建模方便快捷、计算结果准确的突出优点，日益成为起重机结构强度分析广泛使用的分析方法［１］。

１ＳＤＭＱ１２６０／６０Ｅ型门座起重机概况本文分析的ＳＤＭＱ１２６０／６０Ｅ门座起重机由某水工机械厂１９９０年制造安装，用于某电站建设施工，１９９８年起移至某造船厂用于造船用部件和材料的吊运。

该起重机自重约３７７ｔ（含压重５６ｔ），结构大体可分为上部旋转部分和下部运行部分（见图１），旋转部分包括臂架系统（由象鼻梁、吊臂、大拉杆、小拉杆、变幅拉杆等组成）、人字架、平衡重、转柱、转台等，通过起升、变幅、旋转运动实现在环形圆柱体空间升降物品；运行部分主要是由门架和运行台车组成［２］。

起重机吊臂结构有限元【摘要】本文基于ANSYS软件对起重机吊臂结构有限元进行了阐述。

【关键词】起重机；吊臂；有限元一、前言随着我国起重机行业的不断壮大，起重机吊臂结构有限元的问题引起了人们的重视。

我国在此方面取得成绩的同时，也存在一些问题需要改进。

在科技不断发展的新时期，需要我们加强对起重机吊臂结构有限元的研究。

二、起重机吊臂结构有限元的概述吊臂在汽车起重机上是最重要的金属结构部件，也是主要受力构件，吊臂的结构设计直接决定着整个起重机的外观和性能。

吊臂结构设计的质量是起重机作业性能和安全的保证，因此在吊臂设计时对吊臂进行受力计算和结构分析计算是十分必要的。

纵观这几年的起重机吊臂的发展，从吊臂截面形式的变化，以及伸缩系统单缸插销装置伸缩形式的出现，都记录了起重机吊臂发展的历程．同时也是广大工程技术人员对吊臂不断改进创新的见证。

汽车起重机最主要的性能是用来起吊和转运货物的，因此汽车起重机的起重能力是汽车起重机的最主要性能，如何在保证吊臂不被破坏的基础上起吊更大的重量，那就要尽量优化吊臂结构，减轻吊臂的重量。

随着有限元分析技术的发展，这种技术也被应用在吊臂的结构设计上，像吊臂的结构强度分析，吊臂简体的稳定性分析等，有限元计算是一种仿真计算，这种计算的准确程度已得到了广泛的证明。

有限元分析方法的应用，不但准确，而且比传统的解析法计算有着更好的直观性，从而也为企业缩短了新产品的研发周期，增加了产品质量的可靠性，赢得了市场。

三、吊臂有限元模型的建立1、实体建模鉴于ANSYS软件实体造型的局限性和吊臂自身结构的复杂性，文中采用通用三维造型软件SolidWorks对吊臂进行实体建模，之后以Parasolid(x-t)格式将实体模型导人ANSYS进行有限元分析。

2、单元类型的选择基于软件对吊臂进行有限元分析的通常方法均是将吊臂结构视为线模型，后赋予梁单元属性进行强度和刚度等方面的有限元计算，但是梁单元是用线来代替三维实体结构，并不能反映结构几何上的细节，且伸缩式吊臂是由钢板焊接而成的箱型结构，应该选用二维板壳单元和三维实体单元混合分网，或全部选用三维实体单元划分网格。

起重机结构强度有限元分析文鹏【摘要】门座起重机在现代贸易中水运货物的装载有着重要作用.本文主要是通过对门座起重机的相关发展情况,及对一个门座起重机案例的结构进行分析,深入研究门座起重机的结构相关情况.再通过ANSYS结构有限元分析平台,对门座起重机的模型建立、测试、结果计算等,给出了门座起重机的模型建立相关工况下的应力变化等,最后通过实验进行验证,验证计算机分析结果与实测的数据温和情况.实验结果表明:有限元分析结果与实测结果温和较好,对门座起重机的设计及性能与信息化等起到非常重要的作用.【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2017(000)019【总页数】2页(P39-40)【关键词】门座起重机;强度;有限元分析【作者】文鹏【作者单位】广东亨通光电科技有限公司,广东东莞 523808【正文语种】中文该型门座起重机的自重约为377吨，压重约为56吨，机体主要由上部的旋转部分和下部的运动部分组成，其中旋转部分由臂架系统、人字架、平衡重、转柱、转台等组成，旋转部分相对一些固定部分可旋转一周，此部分主要在环形空间中来升降货物，一般可由起升、变幅、旋转运动等方式而实现。

另外，运行的部分主要可分为为门架及运行台车，两者相结合。

其中该门座起重机关键的零部件为转柱、门架及臂架，主要负责起重机的承载等功能。

2.1模型建立2.1.1有限元网格本文中采用ANSYS有限元分析软件，对SDMQS1260/60E该机型有限元模型的建立，根据该机体的转柱的结构、门架结构、起重臂可相连，而简单的实现对空间梁单元BEAM188进行一个分析的工作。

该软件中将起重机机体空间分成9920个小的单元，18717个节点，这些为主要梁单元的截面参数。

2.1.2材料参数在本文中选取门座起重机的型号为SDM1260/60E，该机型材料选取的Q235普通钢。

常温下得到屈服极限为235MPa，定义弹性模量2.1×105Mpa，泊松比0.3。

广西工学院毕业设计（论文）说明书课题名称基于Workbench的门式起重机门架的建模及有限元分析系别机械工程系专业机械设计制造及自动化班级机自Y084学号 ************姓名李志扬指导教师李冰李宝灵2012年 12 月 31 日摘要本文以有限元法作为结构分析手段，利用UG软件建立了水电站门式起重机关键部件——门架结构的三维模型，采用有限元分析系统ANSYS Workbench完成了门架结构的有限元分析，并展望了其结构的优化设计。

门式起重机是水电站最重要的设备之一，用来起吊大坝上的闸门和完成坝上的其他起吊任务。

文章首先通过对2X1600KN 门式起重机门架结构的特点和受力情况的分析，选择自动网格划分对门架结构进行网格划分，并应用ANSYS Workbench软件对起重机架进行了载荷分析，建立了门架结构的UG模型，采用ANSYS Workbench软件对门架进行了分析计算，得到了等效应力和位移云图，并对其优化设计提出设想。

本论文为大型门架结构的分析计算提供了一种精确可靠的方法，使其设计计算更加方便、快捷。

关键词：门式起重机，门架，有限元法，优化。

AbstractIn this thesis, the finite element method is used to be the method of the structure analysis. The 3D model of the gantry is constructed by UGS software, which is the critical component of the hydropower station gantry crane. The finite element analysis package ANSYS Workbench is applied to analyze the structural stress and deformation. Then prospect the structural scheme of the gantry`s optimize. Gantry is the most important hydropower station equipment,it is used to lifted the gate on the dam and the other hoisting task. Firstly, the structure feature and load condition of the 2x1600KN gantry crane are analyzed. Build the UG model of the gantry. Choose the automatic meshing to mesh the gantry is established. The ANSYS package is applied in the analysis and calculation of the gantry and the equivalent stresses and concentration of the structure gantry in working conditions. And the structure optimization is put forward.This thesis research supplies a precise and reliable method for the analysis and calculation of the large gantry structures. It makes the design and calculation process of the large structures to be more convenient and faster.Keywords: Gantry crane, Gantry, Finite element method, Optimization.目录1绪论 (6)1.1课题目的及意义 (6)1.2本文的主要研究内容 (6)1.3门式起重机的发展概况及其作用 (7)1.3.1门式起重机的发展概况 (7)1.3.2门式起重机的用途 (8)1.4起重机研究的国内外现状与进展 (8)2门式起重机的构造 (9)2.1设计依据 (9)2.1.1主要参数 (9)2.1.2技术规范及技术标准 (9)2.2用途 (10)2.3门式起重机组成与结构 (10)2.3.1起升小车 (11)2.3.2大车运行机构 (11)2.3.3司机室 (11)2.3.4夹轨器 (11)2.3.5门架 (12)2.4门架的受力分析与计算 (12)2.4.1载荷计算 (12)2.4.2载荷组合 (12)2.4.3门架上的载荷处理与计算 (13)3门架结构的UG建模 (15)3.1 UG概况 (15)3.2 UG的特点 (16)3.3 UG的主要功能 (16)3.4基于UG NX7.0的起重机门架零部件模型建模 (17)3.5门架的总装配模型 (17)4门架的有限元分析 (19)4.1 ANSYS简介 (19)4.2 ANSYS Workbench 12.0简介 (20)4.2.1 Workbench的产生背景 (20)4.2.2 Workbench的设计思想 (21)4.2.3 Workbench的特征 (21)4.3结构离散化 (22)4.3.2单元特性分析 (22)4.3.3单元组集 (22)4.3.4求解未知节点位移 (22)4.4单元类型的选择及网格划分 (23)4.4.1预处理模块 (23)4.4.2求解模块 (29)4.4.3后处理 (34)5计算结果分析 (36)6结论和展望 (40)6.1结论 (40)6.2展望 (40)致谢 (41)参考文献 (42)1绪论1.1课题目的及意义现代化水电站工程拥有大刑机械设备和高度自动化系统，以保证电站日常高效、安全运行，期中门式起重机是水电站最重要的设备之一。