龙门起重机结构设计
基于ANSYS的龙门起重机门架结构动态设计与优化研究的开题报告
基于ANSYS的龙门起重机门架结构动态设计与优化研究的开题报告一、研究背景和意义随着现代制造技术的不断发展，龙门起重机在物流设备、建筑施工等领域中被广泛应用。
龙门起重机的门架结构是其重要的组成部分，其质量和性能直接关系到整个起重机的稳定性和安全性。
因此，对龙门起重机门架结构动态设计与优化的研究是非常必要的。
目前，针对龙门起重机门架结构的设计与优化研究主要依靠试验和经验的方式，并且这样的方式在一定程度上缺乏科学性和系统性。
而基于ANSYS有限元仿真技术的门架结构动态设计和优化研究，能够从理论上提高龙门起重机门架结构的设计与优化效率和精度。
二、研究内容和方法本研究选取一款常用的龙门起重机门架结构，利用ANSYS有限元仿真技术，建立门架结构的动态模型，并对其进行模拟计算。
具体的研究内容包括：1.门架结构材料力学参数的确定：选取门架结构常用的材料，利用常用的试验方法，确定材料的力学性能参数。
2.门架结构动态特性分析：利用ANSYS有限元方法，对门架结构的动态特性进行分析，包括对门架结构的自然频率、振型、动态响应等进行计算和分析。
3.门架结构优化设计：根据门架结构动态分析结果，进行门架结构的优化设计，包括门架结构的结构参数的优化等。
4.门架结构模拟实验验证：根据ANSYS模拟结果，进行门架结构的模拟实验验证。
三、研究预期成果和意义本研究预期将基于ANSYS有限元仿真技术，对一款常用的龙门起重机门架结构进行动态设计与优化研究，在门架结构的动态特性分析、优化设计和模拟实验验证等方面进行全面的探讨，预期将取得以下成果：1.门架结构的设计和优化技术：将龙门起重机门架结构的动态设计与优化技术整合到有限元仿真工具中，实现门架结构的效率和精度的提高。
2.门架结构优化设计方案：将门架结构的优化设计方案从经验和试验中提取，形成科学合理的门架结构优化设计方案。
3.门架结构的动态响应研究：通过对门架结构的动态响应分析，提高门架结构的稳定性和安全性，为深入研究其它龙门起重机结构提供基础。
龙门式起重机的结构设计及其应用分析
龙门式起重机的结构设计及其应用分析龙门式起重机是一种常见的起重设备，广泛应用于工矿企业、港口、码头等各种场所。
它具有结构简单、稳定性好、起重能力强等特点，适用于各种吊装、装卸作业，并能满足不同场合的各种要求。
一、龙门式起重机的结构设计1. 主要结构组成龙门式起重机主要由两道立柱、横梁、螺母、螺杆、钢丝绳、卷筒、壳体和电动机等组成。
立柱是支撑起重机的重要组成部分，它承受吊臂和荷载的重量，并通过螺杆和螺母实现升降运动。
横梁用于支撑卷筒和钢丝绳，在起重操作中起到支撑和引导的作用。
卷筒则是卷绕钢丝绳的装置，通过电动机驱动实现卷绕和拉伸钢丝绳的功能。
2. 结构设计原则（1）安全性设计：龙门式起重机的设计应确保其在运行过程中能够保持稳定性和可靠性，承载能力要符合相关标准要求。
（2）高效性设计：起重机设计应尽可能降低自身重量和体积，提高起重效率和作业速度。
（3）灵活性设计：起重机设计应考虑适应不同的作业环境和场所需求，具备一定的智能化和自动化功能。
（4）经济性设计：结构设计应考虑成本压缩，选用经济可行的材料和工艺，提高设备的使用寿命。
二、龙门式起重机的应用分析1. 工矿企业在工矿企业中，龙门式起重机主要应用于吊运和装卸重物，如钢铁厂、煤矿、石化厂等。
由于其承载能力强和操作灵活性好的特点，能够满足工矿企业大型货物吊运的需求，提高生产效率和工作安全性。
2. 港口码头在港口码头的货物装卸作业中，龙门式起重机被广泛应用。
它能够高效地完成集装箱、散货等重物的装卸作业，提高港口货物处理能力和吞吐量。
此外，其具备足够的自由度和作业空间，适用于不同码头的场地布置和货物装卸需求。
3. 建筑工地在城市建设和大型工程中，龙门式起重机扮演着重要的角色。
它能够进行大型吊装作业，如钢结构的安装、混凝土构件的搬运等。
通过龙门式起重机的应用，能够提高施工效率、降低人力成本，同时也能确保施工安全。
4. 水电站和风电场在水电站和风电场的建设过程中，龙门式起重机是必不可少的设备之一。
门式起重机结构的设计与分析
门式起重机结构的设计与分析作者：谢益忠来源：《科学与财富》2014年第06期摘要：门式起重机是我国应用范围相当广的起重机械之一，其迎风面积小和结构轻巧的特点面对频繁的拆卸、维修、安装都显得尤为重要，对于承受起重机运行荷载及其自重更是目前较为合理和经济的形式。
本文通过对我国现有门式起重机结构设计的参考，设计了一种桁架结构门式起重机结构。
该结构主要采用管桁结构，由无缝钢管焊接而成，无高强螺栓而采用的是销轴连接方式，且同时运用于大车轨道的连接，达到了抗风性能强、维护简便、排水便利的优点，减轻了啃轨对轨道造成的破坏。
关键词：门式起重机；设计与分析；有限元分析；瞬态分析一、门式起重机结构设计本文采用桁架作为起重机的主体结构，其迎风面积小和结构轻巧的特点面对频繁的拆卸、维修、安装都显得尤为重要，对于承受起重机运行荷载及其自重更是目前较为合理和经济的形式。
如图1所示，本门式起重机的主梁采取倒三角管桁架结构，再与由无缝钢管焊接组成的刚性支腿和柔性支腿通过销轴连接而成，具有抗风性能强、维护简便、排水便利的优点，再加上销轴比高强螺栓更加经济节约，施工起来快捷方便，成为了目前前景较好的结构形式。
其次，台车和横梁之间采取的十字轴连接形式，当出现啃轨现象时，整机会偏斜运动，十字连接轴受到偏斜力会在垂直方向稍稍转动，减轻了啃轨对轨道造成的破坏。
起重小车在上主弦的腹杆结构上运行，上主弦承受起小车的水平荷载和风荷载，保证了强度和稳定性。
之所以该结构采用刚柔结合的支腿形式，主要目的还是考虑大跨度门式起重机造成的温度变形影响，同时，为满足桁架刚度及我国规定的运输净空限定，本文将桁架高度取值为3m。
其次，为保证起重机通行宽度，门式起重机的跨度限定于2.8m。
对于悬臂长度，只需在跨度的0.2～0.35范围内即可，该结构取值为10.09m。
二、门式起重机的制造工艺及主梁预拱控制由于门式起重机是由规格不一的无缝钢管组合而成，其节点复杂、焊缝繁多、拱度较难控制及具有较大变形等缺点给工艺带来了不小的困难。
龙门式起重机的结构设计与性能优化分析
龙门式起重机的结构设计与性能优化分析龙门式起重机是一种常见的大型起重设备，广泛应用于港口、工地、仓库等场所。
在结构设计和性能优化方面，龙门式起重机需要综合考虑其承载能力、稳定性、工作效率和安全性等因素。
一、结构设计1. 主梁设计：主梁是龙门式起重机的主要承载结构，需要按照所需的起重能力和跨度进行合理设计。
主梁材料通常选择钢结构，高强度、刚性好，能够满足起重机的工作要求。
2. 支腿设计：龙门式起重机通常有两根支腿，支腿的设计需要考虑平衡起重机的重心，稳定机身。
支腿通常采用跨字式结构，可以提供更好的稳定性。
3. 提升机构设计：提升机构是起重机的核心部分，需要具备良好的承载能力和操作灵活性。
提升机构包括卷扬机、钢丝绳、滑轮等组成，能够提供可靠的起升功能。
4. 小车设计：小车是起重机上横移的装置，通常由电动机、行走轮、驱动机构等组成。
小车设计应考虑平稳移动、灵活操作和较大的承载能力。
二、性能优化分析1. 结构强度优化：通过材料选取和结构设计优化，提高起重机的结构强度和刚度，使其能够承受更大的起重能力和外力冲击。
2. 运动性能优化：通过优化起重机的运动机构，减小摩擦力和阻力，提高起重机的运动速度和精度，提高工作效率。
3. 能耗优化：采用先进的节能技术，如变频调速技术和能量回收技术，减少起重机的能耗，降低运营成本。
4. 安全性优化：加强起重机的安全保护装置，如限位器、断路器、防碰撞装置等，确保起重过程中的安全性。
5. 自动化控制优化：应用自动化控制系统，提高起重机的智能化水平，实现远程控制和自动化操作，降低人为操作错误的风险。
6. 维护性优化：设计起重机时，考虑易维修性和易保养性，减少故障发生的可能性，并方便维修和维护工作的进行。
结构设计和性能优化是龙门式起重机研发过程中重要的一环。
通过合理的结构设计和性能优化，可以提升起重机的承载能力、工作效率和安全性，满足不同场所的具体需求。
同时，结构设计和性能优化也应考虑可持续性发展的原则，采用环保和节能的设计理念，为工业发展和环境保护做出贡献。
门座起重机总体设计
总结词
优化动力系统
能耗优化是门座起重机环保和经济效益的 重要体现，通过节能设计降低设备运行成 本。
采用高效电机和节能传动系统，降低设备 能耗。
优化液压系统
优化维护保养
采用节能液压元件和优化液压回路，提高 液压系统效率。
制定合理的维护保养计划，确保设备处于 良好状态，延长使用寿命。
环境适应性优化设计
总结词
控制系统是门座起重机高效作业的关 键，通过优化设计提高设备的操控性 能和作业精度。
优化电气系统
采用先进的电机、控制器和传感器， 提高设备的动力性能和响应速度。
优化操控系统
简化操作界面和流程，提高操控的便 捷性和准确性。
优化安全系统
增加安全保护装置和预化设计
工作原理
工作原理
门座起重机通过电动机驱动行走机构和旋转机构，实现货物的装卸和搬运。旋 转机构使吊钩和货物进行旋转，行走机构使整机移动，从而实现货物的快速装 卸。
操作方式
门座起重机通常采用遥控操作或自动操作，操作简单、安全可靠。
历史与发展
历史
门座起重机最早出现于20世纪初，随着科技的发展和工业化的推进，其设计和性 能不断得到优化和提高。
喷涂工艺
01
对金属表面进行喷涂可以起到防腐蚀、美观的作用，常用的涂
料包括油漆、粉末涂料等。
电镀工艺
02
电镀可以增强金属件的耐腐蚀性和耐磨性，适用于需要高耐久
性的部件。
热喷涂工艺
03
通过热喷涂将金属或非金属粉末喷涂到基材表面，形成具有特
殊性能的涂层，如耐磨、隔热、绝缘等。
05
门座起重机优化设计
结构优化设计
05
06
考虑人机工程学因素，优化操作室布局和 控制系统，提高操作便捷性和舒适性。
60t造船龙门起重机支腿结构设计
工作级别 ： M5
3.1.2总图及结构图
3-1 60t龙门起重机总图
3-2 起重机结构图
3.2 主梁小车计算参数
主梁结构采用箱形双主梁结构形式，箱形桥架见简图
图3-3主梁结构形式
梁自重载荷 =1280×1.0 =1280KN材料：Q345
上小车自重：
下小车自重：
工作级别 : M5 运行速度： 39m/min
表4-2支腿平面的支腿内力计算
名称
计算剪图和内力图
支座反力V或轴力和弯矩M
A.由起升载荷 、自重载荷 、小车自重 引起的内力
刚
性
支
腿
刚
性
支
腿
柔
性
支
腿
名称
计算简图和内力图
支座反力V或轴力和弯矩M
柔
性
支
腿
B.
大车制动时产生的水平惯性力 引称
计算简图和内力图
支座反力V或轴力和弯矩M
柔
性
支
小车在跨中时：A+B+D
M =7917KN
V=500+959.6-158.3=1301.3KN
小车在支座时：A+C+D
M ＝7917KN
V=500+1766.3-158.3=2108KN
M =7917KN
V =2108KN
2.工况2：大车不动，小车满载运行至跨中或支座处制动，吊重下降制动，分向垂直大车轨道。
吊具自重载荷：0.5t
水平惯性载荷
小车制动时，产生的水平载荷： =226.2KN
大车制动时，产生的水平载荷： =62.4 KN
起重机偏斜运行时对龙门结构产生的附加载荷：
龙门式起重机的结构设计与分析
龙门式起重机的结构设计与分析龙门式起重机是一种常见的起重设备，广泛应用于港口、建筑工地、物流仓储等领域。
本文将对龙门式起重机的结构设计与分析进行详细探讨，以期达到安全、高效地运行起重机的目标。
一、结构设计1.1 主梁设计龙门式起重机的主梁是起重机的骨架，主要承载起重导轨、滑车、吊钩等吊装部件。
主梁应采用高强度、轻质的材料制造，如合金钢或钢结构，以确保其承载能力和稳定性。
主梁设计时需要考虑吊重的大小、工作范围等因素，同时还要充分考虑施工等其他因素。
1.2 支腿设计龙门式起重机的支腿是支撑起重机整体结构的关键部件。
支腿应设计合理，能够提供足够的支撑力和稳定性，以防止起重机倾斜或倒塌。
支腿的材料和结构应符合强度和稳定性要求，并考虑现场环境等特殊因素。
1.3 大车设计大车是用来沿主梁行驶的组件，用于调整吊物的位置。
大车的设计应满足起重机的负载要求，并具有足够的稳定性和平衡性。
大车的结构应避免过度重量和不平衡，以确保运行的安全性和高效性。
二、结构分析2.1 受力分析龙门式起重机在工作过程中会受到多方向的力的作用，包括垂直重力、水平力和风力等。
对于垂直重力，主梁和支腿需要经受起重物的重量，对于水平力，吊物的运动和风力可能会对主梁和支腿产生侧向力。
为了保证结构的安全性，需要进行各个部位的受力分析，确保结构能够承受所有力的作用。
2.2 结构稳定性分析起重机的结构稳定性对于运行的安全性非常重要。
在设计中，需要考虑起重机在各个工况下是否能够保持平衡。
结构稳定性分析需要考虑主梁、支腿和大车等组件的连接方式，以及各个连接点的强度和稳定性。
通过有限元分析等方法，可以预测和验证起重机在各种不同工作条件下的稳定性。
2.3 振动分析在起重机运行过程中，振动是不可避免的。
振动可能会导致设备疲劳和损坏，甚至危及人员安全。
因此，需要对起重机的结构进行振动分析，以确定振动的频率和振幅，进而采取相应的减振措施，如增加结构刚度、使用减振器等，以降低振动对起重机结构和人员的影响。
龙门式起重机的结构设计及优化
龙门式起重机的结构设计及优化龙门式起重机是一种常见的工业起重设备，用于在工地、港口、仓库等场所进行货物的运输和搬运。
在这篇文章中，我们将探讨龙门式起重机的结构设计和优化，并介绍一些可以提高其性能和效率的方法。
1. 结构设计龙门式起重机的结构设计需要考虑以下几个关键因素：1.1 主梁设计：主梁是起重机结构的主要承重部分，其设计需要考虑强度、刚度和稳定性。
一般情况下，主梁采用箱梁结构，具有较高的强度和刚度。
此外，还可以采用杀伤性钢板焊接工艺，提高主梁的承载能力。
1.2 支撑结构设计：为了保证起重机的稳定性，在龙门式起重机的两侧设置支撑腿是必要的。
支撑腿的设计需要考虑均匀分布荷载、防止倾覆和减小地面压力等因素。
1.3 起重机车架设计：起重机车架是起重机移动和行走的基础部分，一般采用轮式或履带式结构。
在设计中，需要确保车架具有足够的强度和刚度，以满足起重机的工作需求。
1.4 提升机构设计：提升机构是起重机的核心部分，包括起重钩、卷筒、齿轮传动装置等。
设计时需要考虑提升机构的稳定性、动力传输和起重能力，以提高起重机的工作效率和安全性。
2. 优化方法为了提高龙门式起重机的性能和效率，可以采用以下一些优化方法：2.1 材料优化：选择适当的材料可以提高起重机的强度和耐久性。
例如，使用高强度钢材可以减少主梁的重量，提高结构的刚度和稳定性。
2.2 结构参数优化：通过对起重机的结构参数进行优化，可以提高其运动性能和负荷能力。
例如，通过调整支撑腿的角度和长度，可以提高起重机的稳定性。
2.3 液压系统优化：液压系统是起重机的重要部分，影响其提升和行走的效率。
通过优化液压系统的工作流程、降低能量损耗和提高控制精度，可以提高起重机的行走速度和提升效率。
2.4 自动化控制优化：采用自动化控制系统可以实现起重机的智能化操作和监控。
通过优化自动化控制系统，可以提高起重机的工作效率、减少人为误操作和增加安全性。
通过以上的结构设计和优化方法，龙门式起重机可以在提升能力、运动性能和工作效率方面得到明显的提升。
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龙门起重机计算说明书
一龙门起重机的结构形式、有限元模型及模型信息。
该龙门起重机由万能杆、钢管以及箱形梁组成。
上部由万能杆拼成，所有万能杆由三种型号组成，分别为2N1,2N4,2N5,所有最外围的竖杆由2N1组成，其他竖杆由2N4组成，所有斜杆由2N5组成,其他杆均为2N4；龙门起重机两侧下部得支撑架由钢管组成，钢管的型号为φ219⨯6、φ83⨯5,其中斜竖的钢管为φ219X6，其他钢管为φ83X5；龙门起重机上部和下支撑架之间由箱型梁连固接而成，下支撑架最下端和箱型梁相固连。
所有箱型梁由厚为6mm的钢板焊接而成。
对龙门起重机进行建模时，所选单元类型为Link8、Pipe16、Shell63三种单元类型。
有限元单元模型见图1。
模型的基本信息见下：
关键点数988
线数3544
面数162
体数0
节点数1060
单元数3526
加约束的节点数48
加约束的关键点数0
加约束的线数0
加约束的面数12
加载节点数18
加载关键点数18
加载的单元数0
加载的线数0
加载的面数0
二结构分析的建模方法和边界条件说明。
应力分析采用有限元的静力学分析原理，其建模方法采用实体建模法，采用体、面、线、点构造有限元实体。
其中所有箱形梁用面素建模，其余用线素建模，然后在实体上划分有限元网格，具体见单元图。
对于边界条件和约束条件，是在支撑架下的箱型梁的底面两端加X,Y,Z三方向的约束以模拟龙门起重机的实际情况。
载荷分布有4种情况：工作时的吊重、小车自重、风载荷、考虑两度偏摆时的水平惯性力，具体见下。
三载荷施加情况。
（1）工作时的吊重
工作时的吊重为40t,此载荷分布在小车压在轨道的4个位置，每个位置为10t。
由于小车在轨道上移动，故载荷的分布位置随小车的移动而改变，由于小车移动速度慢，我们只把吊重载荷的施加作两种情况处理：在最左端（或最右端），以及龙门架中部位置。
（2）小车自重
小车自重为7t,和吊重载荷分布位置相同。
（3）风载荷
风载荷：Ⅱ类风载。
（4）考虑20偏摆时的水平惯性力
该水平惯性力大小为吊重乘以角度大小为20的正切值，施加位置和吊重载荷施加位置相同，方向为水平的X向和Z向。
四计算结果与说明。
对应吊重载荷的施加位置，共有两种计算情况；
(1)小车在中间位置时：
万能杆应力分布云图如图2所示，最大应力分布云图如图3所示，钢管应力分布云图如图4示，最大应力分布云图如图5示，箱形梁应力分布云图如图6示，最大应力分布云图如图7示,X,Y,Z三方向位移分布云图如图8,9，10示。
总计算结果见表一，表二。
由于该龙门架结构主要杆结构组成，所以要对局部受力较大的杆进行稳定性计算。
对于型号为2N1的万能杆，其应力分布见图11示，从图中可以看出最大压应力为N=77.505,2N1的万能杆的稳定系数φmin=0.6936,
N/φmin=77.505/0.6936=111.74MPa<170MPa，所以不会失稳。
对于型号为2N4的万能杆，其应力分布见图12示，从图中可以看出最大压应力为N=44.604,2N4的万能杆的稳定系数φmin=0.79,
N/φmin=44.604/0.79=56.46MPa<170MPa，所以不会失稳。
对于型号为2N5的万能杆，其应力分布见图13示，从图中可以看出最大压应力为N=46.54,2N5的万能杆的稳定系数φmin=0.439,
N/φmin=46.54/0.439=106.01MPa<170MPa，所以不会失稳。
对于φ219×6的钢管，其应力分布见图14示，最大压应力为N=86.888,从图中可以看出弯曲应力为88.414，最长的φ219×6钢管的稳定系数φmin=0.856，
稳定性应力=86.888/0.856+88.414–86.888
=103.4Mpa<140MPa，所以不会失稳。
对于φ83×5的钢管，其应力分布见图15示，压应力为N=40MPa,弯曲应力为46Mpa,φ83×5钢管的稳定系数φmin=0.707，
稳定性应力=40/0.707+46–40
=62.6Mpa《140Mpa，所以不会失稳
(2)小车在最左（或最右）位置时：
万能杆应力分布云图如图16示，最大应力分布云图如图17示，钢管应力分布云图如图18示，大应力分布云图如图19示，板应力分布云图如图20示，最大应力分布云图如图21示,X,Y,Z三方向位移分布云图如图22，23，24示。
由于该龙门架结构主要杆结构组成，所以要对局部受力较大的杆进行稳定性计算。
对于型号为2N1的万能杆，其应力分布见图25示，从图中可以看出最大压应力为N=67.208,2N1的万能杆的稳定系数φmin=0.6936,
N/φmin=67.208/0.6936=96.9Mpa<170Mpa，所以不会失稳。
对于型号为2N4的万能杆，其应力分布见图26示，从图中可以看出最大压应力为N=52.997,2N4的万能杆的稳定系数φmin=0.79,
N/φmin=52.997/0.79=67.08Mpa<170Mpa，所以不会失稳。
对于型号为2N5的万能杆，其应力分布见图27示，从图中可以看出最大压应力为N=54.669,2N5的万能杆的稳定系数φmin=0.439,
N/φmin=54.669/0.439=124.53Mpa<170Mpa，所以不会失稳。
对于φ219×6的钢管，其应力分布见图14示，最大压应力为N=104.804MPa,从图中可以看出弯曲应力为106.345MPa，φ219×6钢管的稳定系数φmin=0.856，稳定性应力=104.804/0.856+106.345-104.804
=124Mpa<140MPa，所以不会失稳。
对于φ83×5的钢管，其应力分布见图29示，压应力为N=55.137MPa,弯曲应力为59.307Mpa,φ219×6钢管的稳定系数φmin=0.707
稳定性应力=55.137/0.707+59.307-55.137
=82.2<140Mpa,所以不会失稳.
图1单元模型图
图2整机主结构应力分布图
图3最大应力分布图
图4钢管应力分布图
图5大钢管最大应力分布图
图6箱形梁应力分布图
图7箱形梁最大应力分布图
图8X方向位移图
图9Y方向位移图
图10Z方向位移图
图112N1应力分布图
图122N4应力分布图
图132N5应力分布图
图14大钢管应力分图
图15小钢管应力分图
图16整机主结构应力分布图
图17整机主结构最大应力分布图
图18大钢管应力分布图
图19大钢管最大应力分布图
图20箱形梁应力分布图
图21箱形梁应力分布图
图22X方向位移图
图23Y方向位移图
图24Z方向位移图
图252N1应力分布图
图262N4应力分布图
图272N5应力分布图
图28大钢管应力分图
图29小钢管应力分图。