橋門式起重機蒙皮式主梁結構性能分析.pdf

1、目前，橋門式起重機是使用量最大的起重設備，對其實現(xiàn)輕量化設計非常有必要。常規(guī)箱形結構門式起重機的優(yōu)化設計通常以主梁、支腿及上下橫梁截面尺寸為優(yōu)化設計變量。目前的研究文獻中盡管選用了各種各樣的優(yōu)化方法，但受其結構形式所限，各種優(yōu)化方法中結構自重的減輕不會有太大的突破。本文借鑒飛機機翼及鋼結構建筑蒙皮效應，提出一種新型門式起重機結構，探討從結構上對其實現(xiàn)輕量化設計。
　　本文以某額定起重量50t、跨度26m的帶懸臂門式起重機為例，主梁

2、采用蒙皮結構，支腿、上橫梁及下橫梁采用常規(guī)板式結構，利用有限元軟件ANSYS對其進行分析及優(yōu)化。其中，板結構采用ANSYS中的板殼單元shell63模擬，桁架結構采用梁單元beam4模擬，起重小車、吊重等集中質量用質量單元mass21模擬。新型蒙皮主梁結構主要采用薄壁箱形結構和桁架結構相結合的方式連接。在ANSYS中建立蒙皮結構主梁門式起重機和普通箱形結構門式起重機模型。通過有限元分析結果，探討兩種模型在強度、剛度等靜態(tài)性能方面的優(yōu)劣并

3、得出新型結構的可行性。相對普通箱形梁整機結構，蒙皮結構箱形梁整機結構的自重減少了11.3％節(jié)省鋼材約6.4t。
　　對蒙皮結構主梁起重機進行靜態(tài)和動態(tài)分析，首先計算門機在各個工況下的強度和剛度，然后再進行模態(tài)分析和諧響應分析，提取關鍵頻率值，蒙皮結構門機系統(tǒng)在垂直方向的固有頻率為3.978Hz，在推薦值2Hz～4Hz內，動態(tài)剛度滿足要求。最后分析蒙皮厚度、弦桿長細比和腹桿體系對結構的影響，從而為蒙皮結構的合理設計提供依據。根據計算

4、分析結果，建議當載荷為20t以下時采用無豎桿結構形式，當載荷為20t到50t時，采用帶豎桿形式，當載荷為50t以上時采用帶豎桿及次豎桿形式。
　　靈敏度分析通過ANSYS軟件來實現(xiàn)，此過程即可確定對優(yōu)化目標影響比較大的幾何參數(shù)，并將他們選取為設計變量，以結構的質量為目標函數(shù)進行優(yōu)化設計，將優(yōu)化后的方案與優(yōu)化前進行分析對比，優(yōu)化后結構質量比原蒙皮式主梁設計結構減輕了12.06t，減少鋼材達18.37％，實現(xiàn)了輕量化設計，降低了制造成