门座式起重机结构强度分析
机械原理四连杆门座式起重机
03
四连杆门座式起重机的 运动原理
起重臂的伸缩运动
伸缩方式：采用多节箱型结构，通过液压缸的伸缩实现起重臂的伸缩 运动原理：起重臂的伸缩运动是通过改变臂架长度来实现吊装作业的 优点：可实现远距离作业，提高工作效率和安全性 应用场景：广泛应用于港口、码头、桥梁等大型工程项目的吊装作业
吊钩的升降速度与 门座的旋转速度相 关
平衡系统的调节
平衡系统的组成：配重、拉杆、滑 轮等部件
调节方式：手动或自动调节，以满 足不同作业需求
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调节原理：通过改变配重和拉杆的 长度来平衡起重机的扭矩和倾覆力 矩
调节步骤：先确定配重的位置，再 调整拉杆的长度，最后进行测试和 调整
门座的旋转运动
门座的运动方式：通过四连杆机构实现旋转运动 旋转运动的原理：利用四连杆机构实现起重机门座的旋转 旋转运动的特点：可以实现大范围、高效率的旋转运动 旋转运动的应用：在港口、码头等场合广泛应用于货物装卸和搬运
吊钩的升降运动
吊钩通过连杆与门 座相连门座旋转时，连杆 带 Nhomakorabea吊钩升降
吊钩的升降运动实 现了重物的升降
适应性强，应用范围广
适应不同地形和作业需求，可在各种复杂环境下操作。 适用于多种货物装卸和搬运，如散货、集装箱等。 可用于港口、码头、货场、仓库等场所，提高作业效率。 结构紧凑，操作灵活，维护方便，可靠性高。
安全可靠，稳定性好
门座式起重机采用四连杆机构，具有较高 的稳定性和安全性，能够承受较大的载荷 和各种复杂的工作环境。
清洁工作：对设备进行定期清洁，防止污垢、杂物等对设备造成损坏。
维修工作：对损坏的部件进行及时维修或更换，保证设备的正常运转。
门座式起重机金属结构疲劳裂纹分析及修理方法
要 结 合 环 境及 应 力 因 素综 合分 析 ，确 定
作 中根 本无 法 预 防 和监 测 ，因 为人 们 往
判 对 于 疲 劳 微 裂纹 扩 展 而 言 ，关 键 在 各 应 力 的大 小 ， 断 应力 对结 构 的影 响 ，
往关 心宏 观 裂 纹 的 同时 ，却 忽 视 了微 观 于 裂 纹从 初 始 尺 寸 扩展 到 最 大 尺寸 的 允 并 预 测 结构 对 脆 性 断 裂 的敏 感性 。 由此 裂 纹 的存 在 ，使得 微 观 裂 纹得 以扩 展 而 许值 是 多 少 ， 时 结 构恰 好 能避 免破 坏 。 可 以定 量评 价 结 构 的安全 性 和可 靠性 。 此 形成 宏 观 裂纹 ， 由此 而 引起 门座式 起 重 因此 ，疲 劳 裂纹 的 扩 展 可用 三 个 参 数来 机产 生严 重 的安 全 隐患 。 描 述 ，即 初始 尺 寸 、 大允 许 裂 纹 尺寸 最 三 、裂纹 易产 生 的部 位 门座 起重 机 的裂 纹 主要 产 生 在焊 缝
１ 材 料 韧性 的影 响 。材 料韧 性 对焊 ．
整 体 断 裂 、滑 轮 支 座整 体 裂 开掉 下 等 恶 接 结构 的影 响 较 大 ，不 同材 料 的 韧性 其 性 事故 。三分 公 司 曾经 发生 过臂 架 折断 、 强度 、 脆性 及抗 塑性 变形 的 能力 不 同 ， 对 象 鼻梁 上滑 轮 座掉 下等 重 大事 故 。 为 此 ，笔 者 针 对性 地 研 究 疲 劳裂 纹 的扩 展 因素 以及 相应 的 裂纹 修理 方 法 。
７ ．巴杆 主要 受力 部 位及 应力 集 中点 约 束 等 。但 断 裂 力学 认 为 ，本 质上 有 影
８ 小 拉杆 转 角处 ．
响 的 因素 只有 三 个 （ 它 因 素 只是 影 响 其
介绍带斗门座起重机的原理和结构
介绍带斗门座起重机的原理和结构带斗门座起重机是一种常用的起重设备，广泛应用于港口、码头、工厂、仓库等场所。
它以其强大的起重能力和灵活性而备受青睐。
本文将介绍带斗门座起重机的原理和结构，以帮助读者更好地了解该设备。
带斗门座起重机的原理主要基于机械原理和电气原理。
它通过电动机提供动力，通过齿轮、减速机等传动装置将电动机的转速转换为起重机械的升降速度和行走速度。
同时，通过各种机械和电气设备的协同工作，实现起重物体的平稳升降、行走和操纵。
带斗门座起重机的结构主要包括大门座、斗,以及起重机械的组成部分。
大门座是带斗门座起重机的主体结构，通常由钢结构焊接而成，具有足够的刚度和强度来承受起重过程中的巨大载荷。
大门座上安装有横梁，用于承载和传递起重物体的重量。
横梁通常具有双梁或单梁结构，视起重物体的重量和长宽比而定。
斗是起重机的工作部件，用于承载起重物体，通常由钢板焊接而成。
斗的结构和尺寸会根据不同的工况和需求进行设计，以确保其具有足够的刚度和强度。
同时，斗也可以根据不同的起重要求进行选择，如普通斗、砂斗、矿渣斗等。
起重机械的组成部分包括升降机构、行走机构和操纵机构。
升降机构是起重机的核心组成部分，用于实现起重物体的升降。
通常采用钢丝绳或链条进行传动，电动机提供动力，通过齿轮传动装置将电动机的转速转换为升降速度。
升降机构也包括制动装置，用于控制起重物体的升降速度和停止。
行走机构用于实现起重机的移动。
通常采用轮式或履带式行走机构，电动机通过齿轮、链条等传动装置将电动机的转速转换为行走速度。
行走机构通常具有多级调速功能，以满足不同的行走要求。
操纵机构用于控制起重机的运行和操作。
通常采用遥控器、操纵台等方式进行操纵，可以实现起重物体的升降、行走和旋转等运动。
操纵机构还包括限位装置，用于确保起重机在工作过程中的安全运行。
带斗门座起重机的工作原理是：通过操纵机构控制起重机的行走和悬挂斗的升降，在运行过程中，起重机悬挂斗的运动轨迹是直线或者弧线，以满足不同工况下起重物体的搬运需求。
叙述门座式起重机的结构特点及组成。
叙述门座式起重机的结构特点及组成。
门座式起重机是一种常见的起重设备，它由一对门架和横梁组成。
其结构特点和组成部分主要包括以下几个方面：一、门架结构特点及组成：门架是门座式起重机的主要支承部分，负责承受起重机的重量和工作负荷。
门架一般采用双柱结构，由上横梁、下横梁、立柱、长横梁、斜支撑等组成。
1. 上横梁：上横梁是门架的主横向支撑结构，连接着两个立柱。
它一般采用钢板焊接而成，具有足够的强度和刚度承载作用。
2. 下横梁：下横梁位于上横梁的下方，通过垂直立柱支撑。
下横梁的作用是增加门架的稳定性和刚度。
3. 立柱：立柱是门架的主立柱支撑部分，连接上下横梁。
它采用钢板焊接而成，具有足够的强度和稳定性，能够承受起重机的重量和工作负荷。
4. 长横梁：长横梁位于两个立柱之间，连接上下横梁，起到加固和稳定门架的作用。
5. 斜支撑：斜支撑位于门架的侧面，连接上横梁和立柱，起到增加门架稳定性和强度的作用。
二、横梁结构特点及组成：横梁是门座式起重机的主要工作部分，负责承载和运输物体。
横梁一般由主梁和吊钩组成。
1. 主梁：主梁位于门架的上方，连接在门架的上横梁上。
主梁一般采用钢板焊接而成，具有足够的强度和刚度，能够承受起重机的工作负荷。
2. 吊钩：吊钩是横梁的下部，用于吊装和搬运物体。
吊钩一般由钢铁材料制成，具有足够的强度和耐磨性，能够承受起重机的工作负荷。
三、机械传动系统：门座式起重机的主要机械传动系统包括电动机、齿轮箱、主轴、制动器、离合器等。
1. 电动机：电动机是起重机的动力源，用于驱动齿轮箱实现起重机的运动。
电动机一般安装在主横梁上，通过联轴器与齿轮箱连接。
2. 齿轮箱：齿轮箱是起重机的传动装置，主要由齿轮、轴承、油封等组成。
齿轮箱通过齿轮的传动作用将电动机的转速和力量传递给主轴。
3. 主轴：主轴位于齿轮箱内部，通过齿轮的传动作用将电动机的动力传递给横梁，实现横梁的上下运动。
4. 制动器：制动器用于对起重机进行制动，保持其在停止状态时的稳定。
门座起重机人字架有限元分析
建设机械技术与管理2001年11月号!"图#人字架的结构示意图$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$%%%%关键词门座起重机人字架有限元分析内容提要本文采用$%&’&有限元分析软件对门座起重机人字架进行了整体有限元计算，提出了具体的有限元分析模型，并对人字架强度，刚度作了全面分析。
图!人字架的有限元模型门座起重机人字架有限元分析武汉理工大学殷成凤#前言人字架是门座起重机的的主要构件之一，它与转台，转柱构成了门座起重机臂架系统和平衡系统的支承结构。
人字架的下部与转台相连接。
某门座起重机从投入使用到现在，服务年限已达#(年以上，为保证该起重机的安全使用，对其人字架结构进行强度，刚度分析，并找出结构的薄弱部位，及时发现缺陷是非常必要的。
$%&’&是一种技术成熟的有限元分析软件，它具有强大的前后置处理功能，通过采用交互式的操作可以进行结构分析、热分析、耦合场分析等多种物理场分析。
!人字架的基本结构形式该人字架的金属构件采用的是薄壁箱形结构，承受复杂的外部载荷。
整个结构共采用)*块形状，长度，宽度和厚度不一的金属薄板焊接而成。
所有板件的材料均采用+!,*钢。
,有限元模型,-#人字架的实体建模与网格划分在进行实体建模时。
人字架结构形式不适合体素方法（实体生成法）创建，因此直接采用由底向上（./00/1234）进行建模。
首先建立关键点（56’4/7%0&）8再生成线（97%6）及面（$:6;）-利用结构的对称性，在建立实体模型的一半以后，用对称（<6=>6?0）创建另一半实体模型。
由于人字架属于焊接构件，在建立板与板焊接的实体模型时，需大量采用布尔逻辑操作（@46:;06）。
门座起重机结构与力学分析
1 引言近年来，国内在门座起重机设计和制造上，已有很大的提高。
但在现代的港口中，还有很多服役达十多年的门座式起重机仍承担着港口繁重的吊装业务。
在门座式起重机进行生产作业的过程中，由于许许多多无法避免的因素使起重机出现各种破坏及故障，以至降低或失去其预定的功能。
由于起重机体积大、造价高，不可能一发生故障就即时更换，因此很多起重机普遍存在严重裂纹但仍服役生产第一线，给安全生产带来了极大隐患，甚至造成严重的以至灾难性的事故，致使生产过程不能正常运行而造成巨大的经济损失。
“门座起重机风险评估”的研究已成为是国内许多检验机构正在努力探讨的一个研究课题，而找出主要部件的受力最危险点和应力集中区则是这项课题研究的重要基础。
2 门座起重机的结构模型简化由于门座起重机结构复杂，对门座起重机金属结构进行建模分析时不可能将所有因素都考虑进去，因此必须对其金属结构进行合理有效的简化，建立一个既能方便分析计算，又尽可能的与实际使用工况相符的有限元模型。
基于对门座起重机结构的认识，本文主要对港口门座起重机进行了如下的假设和简化：（1）门座起重机模型是参照图纸尺寸建立的，为方便建模计算，其中一些加强筋，肋板等细部结构，在不影响分析结果的可靠性的前提下做适当的简化。
（2）鉴于门座起重机结构复杂，在建立臂架模型分析时对电机、钢丝绳、铰轴等结构做适当的简化处理。
（3）臂架上的梯子结构，均匀分布于臂架整体结构，对分析影响不大，在建模分析时不予考虑，最后采用密度补偿法来考虑其自重对臂架结构的影响。
（4）建模分析时，只考虑门座起重机结构的自重及起吊重量，不考虑风载、地震载荷等附加载荷的影响。
3 门座起重机结构参数本文以某单位一台45t-60m港口门座起重机为研究对象，对其进行有限元建模、有限元模门座起重机结构与力学分析Analysns of structure and mechanics of prortale crane张 健（福建省特种设备检验研究院莆田分院 福建莆田 351100）摘要：如何准确高效的对门座起重机金属结构进行受力分析，进而判断疲劳裂纹等危险隐患的存在，正成为检验检测领域当前迫切需要解决的问题之一。
门座起重机门架结构的有限元分析_傅永华
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。
基于ansys的mq2533门座式起重机门架结构有限元分析
0引言随着世界经济和国际贸易的飞速发展，我国各港口货物吞吐量不断上升，港口货物装卸效率直接影响港口贸易效率。
MQ2533门座式起重机做为港口常用装卸设备在降低劳动强度，提高劳动效率方面起到十分重要的作用。
由于港口工作环境的特殊性质，MQ2533门座式起重机长期处于高腐蚀性、高工作强度的露天条件，这导致相对于陆地上使用的起重机械而言更容易出现结构强度问题。
针对这种现状，对MQ2533门座式起重机进行结构分析并根据结果提出相应建议就显得尤为必要。
本文通过SolidWorks 软件建立MQ2533计算模型，并通过转换格式为ANSYS 可识别文件，导入ANSYS 进行有限元分析，希望为其他起重机设计和改进提供一些参考。
1MQ2533门座式起重机概述1.1概况门座式起重机是广泛应用于港口、码头、造船厂以及大型水电站工地的门型座架可回转臂架型起重机械，主要由门架结构、司机室、臂架系统、象鼻梁、配重锤、连接杆等几部分构成，按各系统功能不同又可分为起升机构、旋转机构、变幅机构和运行机构四部分。
整机均由箱型薄壁结构组成，所用金属材料为Q235钢。
本文以MQ2533门座式起重机为研究对象，其实物图如图1所示，具体技术参数如表1所示。
图1MQ2533门座式起重机实物图1.2门架结构门架结构是门座式起重机最典型的结构，起到支撑上部司机室及起吊部分的全部自重和所有外部载荷的作用，因此门架结构对整个起重机稳定运行有重要影响，根据门架结构型式的不同，又可以将其分为转柱式门架、大轴承式门架以及定柱式门架，MQ2533门座式起重机门架类型为大轴承式门架，它的结构特点是起重机上部旋转部分通过大型滚柱轴承式旋转支承装置直接支承在门架上。
2计算模型根据门座式起重机门架结构受力特点，把上述通过SolidWorks 软件建立的实际模型简化后转换为ANSYS 可识别的格式，导入有限元分析软件ANSYS 中进行静力学分析。
2.1相关参数由技术参数表1及门座式起重机GB/T29560-2013可得，MQ2533门座式起重机整机工作级别为A8，轨距10.5m ，基距10.5m ，工作时最大轮压250kN ，工作状态最大风压250N/m 2，非工作状态最大风压800N/m 2。
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门座式起重机结构强度分析
文章以某港口改造的门座式起重机金属结构为计算模型，按照《欧洲起重机机械设计规范》利用有限元分析软件ANSYS进行了强度计算，为整机的结构设计提供依据。
改造后的门座式起重机改变了部分结构，减轻了整机重量，降低了经济成本，适应了新的工作环境。
标签：门座式起重机；有限元计算；结构强度；载荷组合
该门座起重机是专为修、造船配套的起重机设备。
文章以其为主要研究对象，利用ANSYS10.0对金属结构进行建模分析，完成了不同工况下的结构强度分析。
1 门座起重机的组成
门座起重机的结构形式如圖1所示。
其主要由大车行走机构、门架、转盘、机器房、人字架、臂架系统等组成。
大车行走机构实现起重机的运行，转盘实现起重机臂架的回转，缠绕系统和臂架系统实现货物的升降，起重机的带载变幅等动作。
1-大车行走机构2-门架3-转盘4-机器房5-人字架
6-缠绕系统7-臂架系统8-主钩9-副钩
图1 门座起重机结构简图
2 门座起重机的载荷种类
2.1 固定载荷SG
固定载荷即为起重机的自重载荷，包括金属结构、机械装置、电气设备以及配重等。
2.2 额定起升载荷SL
额定起升载荷指总起升质量的重力。
2.3 惯性载荷。
由水平运动加速或减速引起的惯性载荷，可以用加速度值来进行计算。
SH=ac×（SG+SL）
式中，ac-运动部分对应的加速度。
2.4 侧向载荷。
当两个车轮沿一根轨道偏斜行走时，应考虑垂直于轨道的水平力所形成的力偶。
SK=■？姿P中，？姿-侧压力系数，取决于跨距与基距之比；P-受侧向力作用侧的起重机走轮上的最大总轮压。
3 模型建立
该起重机模型运用有限元软件ANSYS进行分析计算。
考虑到各部分结构形式和受力情况的不同，建模过程中采用了4种单元类型：梁单元Beam44、管单元Pipe16、杆单元Link8以及质量单元Mass21。
3.1 Beam44单元
Beam44具有拉伸、压缩、扭转和弯曲功能的单轴单元。
该起重机的端梁、横梁、机器房底座和部分人字架采用的是箱型梁与工字梁结构，这些部件都采用的Beam44单元类型。
3.2 Pipe16单元
Pipe16是一个轴向拉压、扭转和弯曲单元。
该起重机的门架、部分人字架和臂架系统采用的是Pipe16单元类型。
4 起重机载荷工况组合
4.1 起重机工作状态
4.1.1 臂架上仰27°、45°、58°、78°，同时起重机正常工作。
4.1.2 臂架水平，臂架下俯13°处于锚定状态，起重机不工作。
4.2 工况组合
该起重机的工况组合分为无风工作工况、有风工作工况和暴风工作工况。
如果行走运动只是为了调整起重机作业位置，而不是经常用于搬运货物，不考虑侧向力的影响。
各种工况下的载荷分别如下：
无风工作工况
有风工作工况
暴风工作工况
5 有限元法的计算原理
在文章的结构力学分析中，ANSYS采用变分学和最小势能原理进行求解。
以一端固定一段自由梁为例。
其总能量可用拉格朗日函数L表示。
（*）则其泛函数为，
由拉格朗日函数可知，L是？棕和w”的函数，即L=L（？棕，w”），？棕-为弹性梁的挠度。
其最小势能可用变分泛函数表示：
令？啄？仔=0，即可求出极值。
因为？啄w为任意函数，所以■=0，（■）=0，这两项为弹性梁的边界条件，第三项即为弹性梁的平衡方程。
所以平衡方程为■+（■）”=0，把（*）式代入，得
q+EIw”“=0
由推理过程可知，泛函数和平衡方程是等价的。
首先假设一组符合于边界条件的试调函数，并将其代入能量方程式中，再对试解函数的各个系数作微分，令之为零，找出能量方程式的最小值，最后解得试解函数的各个系数。
其中可以利用三角函数、幂函数等作为试解函数。
6 整机计算结果及分析
6.1 许用应力的规定
该起重机主结构制造材料为Q345B，其许用应力为：[？滓]=■，？滓s=345MPa，n为安全系数。
无风工况下的许用用力为230MPa；有风工况下的许用应力为259.4MPa；暴风工况下的许用应力为313.6MPa。
6.2 各个工况下的应力分布
计算结果中显示，工作工况在78°是出现最大应力213.238MP，位于变幅钢丝绳和臂架的连接处；非工作工况在-13°时出现最大应力240.704MP，位于转盘和臂架的连接处，如图2所示。
7 结束语
（1）在用ANSYS进行结构分析计算时，要全面考虑载荷组合及作用方式，尤其是作用力很大但是合力为零的载荷，如钢丝绳的预紧力等。
（2）在实际工作中起重机金属结构受力比较复杂，使用有限元软件ANSYS就可以较好的模拟起重机在各种工况下的真实应力情况，大幅度提高整体结构可靠性及安全性。
但是
ANSYS是个分析工具，对于具体的实际情况还是需要借助力学知识进行分析。
（3）通过计算结果可以得到模型的应力分布以及各节点力，可通过对数据的分析进行进一步的优化设计。
如调整结构板厚以及配重的质量，使得金属结构的整体应力分布最优化，使得结构质量尽量轻巧的同时又能满足结构可靠性的要求。
参考文献
[1]潘钟林.欧洲起重机机械设计规范[S].上海振华港口机械公司译丛（修订版），1998.
[2]陈玮璋.起重机金属结构[M].北京人民交通出版社，1986.
[3]李谷音.港口起重机械[M].人民交通出版社，2011.
[4]王勖成.有限元法[M].清华大学出版社，2002.。