起重机建模及载荷历程动态仿真

６２　机械设计与制造　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　第６期　２０１２年６月　文章编号：１００１—３９９７（２０１２）０６—００６２—０２　基于ＡＤＡＭＳ的门式起重机动态性能分析冰　周小科吴晓　（西南交通大学机械工程研究所，成都６１００３１）　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｇａｎｔｒｙ　Ｃｒａｎｅ　Ｂａｓｅｄ　Ｏｎ　ＡＤＡＭＳ　ＺＨＯＵ　Ｘｉａｏ—ｋｅ，ＷＵ　Ｘｉａｏ　（Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｃｉｔｙ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３１，Ｃｈｉｎａ）　【摘要】起重机在高频率启动和制动过程中，必会给机械系统带来强烈的冲击与振动。根据某型　号门式起重机主要的工作性能参数，计算出该型号门式起重机启动和制动的载荷。在Ｐ　『Ｅ中建立三维　模型，保存为ｘ＿Ｔ文件，然后导入到ＡＤＡＭＳ中，赋予三维模型构件力学性能参数，建立门式起重机虚　拟样机模型，对起升机构和运行机构的联合启动、制动工况进行多刚体系统动力学仿真分析，得出各个　工况下，吊重的摆动位移曲线。为门式起重机的设计提供了一种简便、经济和实用的方法。　关键词：Ａｄａｍｓ；门式起重机；动态性能分析　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｃｒａｎｅ　ｗｉｌｌ　ｂｒｉｎｇ　ｉｎｅｖｉｔａｂｌｙ　ｓｔｒｏｎｇ　ｉｍｐａｃｔ　ａｎｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｓｔａｒｔ—　ｉｎｇ　ａｎｄ　ｂｒａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｍａｉｎ　ｗｏｒｋｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｔｙｐｅ　ｏｆｐｏｒ－　ｔａｌ　ｃｒａｎｅ　ｓｔａｒｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｌｏａｄ　ｏｆｔｈｉｓ　ｔｙｐｅ　ｇａｎｔｒｙ　Ｃｒａｎｅ　ｗａｓｆｉｒｓｔｌｙ　ｃａｌｃｕｌ＇ａｔｅｄ．Ｔｈｅｎ，ａ　３Ｄ　ｍｏｄｅｌ　ｗａｓ　ｃｒｅ—　ａｔｅｄ　ｉｎ　Ｐｒｏ／Ｅ　ａｎｄ　ｓａｖｅｄ　ｉｎ　Ｘ＿Ｔｆｏｒｍａｔ，ｗｈｉｃｈ　ＷａＳ　ｉｍｐｏｒｔｅｄ　ｉｎｔｏ　ＡＤＡＭＳ　ｔｏ　ｂｅ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　３Ｄ　ｍｏｄｅｌ　ｔｏ　ｂｕｉｌｄ　ｆｚ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇａｎｔｒｙ　Ｃｒａｎｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ．ｄｙ—　ｎａｍｉｃｓ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒ　ｍｕｌｔｉ　ｒｉｇｉｄ　ｂｏ　ｓｙｓｔｅｍ　ＷａＳ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｓｔａｔｔｉｎｇ，ｂｒａｋｉｎｇ　ｏｆ　ｈｏｉｓｔｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｔｈｕｓ　ａ　ｓｄｉｓｐｌａｃｅｒｎｅｎｔ　ｃｕＦｏｅ　ｆｏｒ　ｃｒａｎｅ　ｓｗｉｎｇｉｎｇ　ｕｎｄｅｒ　ｅａｃｈ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ＷＯＳ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅ矾ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ．ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅ－　ｓｉｇｎｏｆＧａｎｔｒｙ　Ｃｒａｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＡＤＡＭＳ；Ｇａｎｔｒｙ　Ｃｒａｎｅ；Ｄｙｎａｍｉｃｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　中图分类号：ＴＨ１６文献标识码：Ａ　１虚拟样机的建立　１．１起重机主要性能参数　该起重机主要性能参数为：额定载荷５０ｔ；起升高度１２．５ｍ；　大车跨度３０ｍ；有效悬臂长６．５ｍ；小车轮距１５ｍ；／Ｊ，车质量７４．５ｔ；　整机重量２８０；材料采用Ｑ３４５Ｂ；５１２作级别为Ａ６级。根据主要性　能参数，在三维实体建模软件Ｐｒｏ／Ｅ中建立各个构件，然后利用　自下而上的装配方法将各个构件装配好　，另存为ｘＪ文件。　１．２将模型导入ＡＤＡＭＳ　在ＡＤＡＭＳ中用ｉｍｐｏａ导入保存好的ｘＪ文件，导人的模　型，如图ｌ所示。选定各个构件可以修改其信息问。　ＡＤＡＭＳ提供了丰富的约束库，同时还能验证自由度１３－６１。根据工况　需要共添加２６个转动副，在门架下横梁与支腿支座间添加４个　固定副，轨道与大地之间添加１个固定副实现刚性连接。另外根　据分析类容不同还需要调整约束，如分析小车运行工况时，小车　与主梁２个轨道施加２个滑动副。　１．４添加载荷　根据文献ｌｌ－２ｌ，分别计算出启动和制动的载荷函数。　（１）起升机构运行时的吊重动载荷：　（８４０１　１（１－ｃｏｓ１６．９８ｔ）＋５０００００　ｔ∈［０，２）　＝｛５０００００　ｔ∈ｆ　２，１０．５）　【２３３２０４（ｃｏｓ１６．９８ｔ一１）＋５０００００　ｔ∈ｌ　１０．５，１２）　（２）小车运行时吊重的偏摆载荷：　

机械系统动力学建模与仿真

机械系统动力学建模与仿真是现代机械设计的重要内容之一，如何掌握机械系统动力学建模与仿真是现代工程设计人员的核心能力，本文以此详述机械系统建模与仿真的过程，以及现代机械动力学建模与仿真过程中应注意的问题与现状，为现代工程设计人员的设计提供新思路，为机械系统动力学与仿真的进一步发展提供理论基础。

标签：机械动力学；建模与仿真；现代工程设计

动态仿真在制造业应用非常广泛，经过长期的实践检验，表明动态仿真理论与方法可以明显的提高设计的速度和质量，继而大大降低设计成本，是现代制造业中新产品设计的一个发展趋势，是从事现代制造工程的高级设计人员必须掌握的重要工具之一。

1 动态仿真的作用及过程

对于现代制造产业，动态仿真是根据现实制造系统现状对新产品、新技术对象的抽象属性的模仿，针对这种模型在计算机上进行模拟和实验，根据计算机获得的实验数据进行，获得这种模型的资料、信息以及结果，最后对现实制造业中的新产品或者新技术设计方案做出合理正确的评估。

随着计算机行业的快速发展，计算机的容量及计算速度有了快速的提高，为动态仿真的实现提供了有利的工具。建立在计算机强大的计算能力和速度，近代来，动态仿真有了蓬勃的发展。

采用计算机技术和制造技术对实际中一些新产品的设计与开发进行建立数学模型，并在抽象出的实验条件下（如载荷、湿度、温度等）对模型进行动态再现的一种融合性技术。这种技术具有效率高、运行安全、受环境的约束影响少、各种比例尺可以改变、使用方便等优点，在航天、航空、核工业、机械工程、化工等工程技术领域有广泛的应用，成为现代科学设计、优化方法的发展趋势。然而，这种动态仿真技术主要应用于科研机构和大型公司，在中小企业应用不多，还需要进一步推广，基于此本文主要针对动态仿真技术在机械制造业的使用过程及现状进行研究，促进动态仿真技术的推广及提高中小型制造业设计创新能力。

2 动态仿真的步骤

根据制造业的特点，新产品新技术动态仿真的步骤主要有3步。

港口科技・科研与技革　

基于ＳＩＭＵＬＩＮＫ的岸边集装箱　

起重机减摇系统仿真　

余会荣　

（南通航运职业技术学院，　江苏　南通２２６０１０）　

摘要：在岸边集装箱起重机起升机构和小车运行机构模型的基础上建立简化的单摆模型，　

通过对模型的受力分析建立非线性方程。同时在ＭＡＴＬＡＢ的ＳＩＭＵＬＩＮＫ环境下对此模　

型进行动态仿真，达到通过控制小车的驱动力来控制吊具的摆角的目的。　关键词：港口　岸边集装箱起重机模型动态仿真减摇　

Ｉｍｉｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｗａｙｉｎｇ——Ｒｅｄｕｃｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｓｈｏｒｅ——Ｂａｓｅｄ　

Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ　Ｃｒａｎｅ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳＩＭＵＬＩＮＫ　

Ｙｕ　Ｈｕｉｙｏｎｇ　

（Ｎａｎｔｏｎｇ　Ｓｈｉｐｐｉｎｇ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｎａｎｔｏｎｇ　２２６０１０）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ　ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ　ｓｉｎｇｌｅ　ｓｗａｙｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｂｕｉｌｄ　ｕｐ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｌｉｆｔｉｎｇ　ｍｅｃｈａ—　

ｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｔｒｏｌｌｅｙ　ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｅ—ｂａｓｅｄ　ｃｏｎｔａｉｎｅｒ　ｃｒａｎｅ．ａｎｄ山ｏｎ　ｉｔ　ｂｕｉｌｄ　ｕｐ　ａ　ｎｏｎ—ｌｉｎｅ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｏｒｃｅ—ｂｅａｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｈａｓ　

ｂｅｅｎ　ｍａｄｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｉｍｉｔａｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ＳＩＭＵＬＩＮＫ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｏｆ　ＭＡＴＬＡＢ，ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｒｅａｃｈ　

ｔｈｅ　ａｉｍ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｗａｙｉｎｇ　ａｎｇｌｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒｏｌｌｅｙ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｔ　ｓｈｏｒｅ—ｂａｓｅｄ　ｃｏｎｔａｉｎｅｒ　ｃｒａｎｅ　ｍｏｄｅｌ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｉｍｉｔａｔｉｏｎ　ｓｗａｙｉｎｇ—　

２０１２年第０９期　科技臣向导　◇高教论述◇　

考虑钢丝绳作用的门机起升动态仿真研究　

杨磊　

（上海海事大学中国上海２０１３０６）　

【摘要】以ＭＱ４０—４５ｍ门座起重机臂架为研究对象，结合钢丝绳建模技术，运用动力学联合仿真的方法，对门座起重机组合臂架的起升　制动进行了动力学仿真研究　并对没有钢丝绳的组合臂架模型与有钢丝绳和卷筒的组合臂架模型仿真得出的动应力分别与测试结果作对比。　

【关键词】刚柔耦合模型：钢丝绳；起升动载；ＡＤＭＡＳ　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉ　ｖｉｅｗｅｄ　ｔｈｅ　ｊｉｂ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ＭＱ４０—４５ｍ　ｐｏｒｔａｌ　ｃｒａｎｅ　ａｓ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｏｂｊｅｃｔ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｗｉｒｅ　ｒｏｐｅ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｉｏｉｎｔ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｆｔｉｎｇ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｒｔａｌ　ｃｒａｎｅ’Ｓ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｊｉｂ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｉｔ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｖｅ　ｔｗｏ　ｔｙｐｅｓ，ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｊｉｂ　ｍｏｄｅｌ　ｗｉｔｈ　ｏｒ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｗｉｒｅ　ｒｏｐｅ　ａｎｄ　ｒｅｅｌ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　

【Ｋｅｙ　ｗ０ｒｄｓ】Ｒｉｇｉｄ—ｎｅｘｉｂ１ｅ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ；Ｗｉｒｅ　ｒｏｐｅ；Ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｈｏｉｓｔｉｎｇ　ｌｏａｄ；ＡＤＭＡＳ　

０引言　港口机械设计中广泛地应用有限元进行静、动力分析，并已经开　

始了对港口机械仿真及动态设计的研究　但是迄今为止对港口机械的　有限元分析及动态仿真研究都没有考虑钢丝绳缠绕系统的影响。钢丝　绳缠绕系统被广泛地应用于港口机械的起升机构、变幅机构、小车运　行机构。在每个钢丝绳缠绕系统中，钢丝绳往往要绕过许多导向滑轮，