機械設計制造及其自動化畢業(yè)設計-門式起重機門架的設計及優(yōu)化

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　門式起重機門架的設計及優(yōu)化</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進

2、行研究工作所取得的成果。在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設計任務書</b></p><p>　　設計題目： 門式起重機門架的設計及優(yōu)化 </p>

3、<p>　　設計的主要任務及目標</p><p>　　本課題通過solidworks三維實體造型軟件對門式起重機門架進行建模，運用有限元分析軟件——cosmoswork軟件對所建的零件模型進行優(yōu)化分析，通過分析結果來判定零件設計的合理性。</p><p>　　2．設計的基本要求和內容</p><p>　?。?） 掌握solidworks與cosmoswor

4、k軟件的使用方法；（2） 了解有限元分析的方法及意義；（3） 了解機械產品的優(yōu)化設計方法；（4） 完成門式起重機門架的建模與分析；（5） 完成相應的工程圖（6） 畢業(yè)設計說明書；（7）答辯用PPT演示幻燈片一份；（8）其他校、系規(guī)定內容。</p><p><b>　　3．主要參考文獻</b></p><p>　　[1]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社.

5、2004.</p><p>　　[2]江洪，陳燎，王智等. SolidWorks有限元分析實例解析[M] . 北京：清華大學出版社.2007。</p><p>　　[3]林翔，謝永奇. SolidWorks 2004基礎教程[M] .北京：清華大學出版社.2004。</p><p>　　[4]王旭，王積生. 機械設計課程設計[M].北京：機械工業(yè)出版社.2003。&

6、lt;/p><p>　　[5]張質文等. 起重機設計手冊[M] .北京：鐵道出版社.1998。</p><p><b>　　4．進度安排</b></p><p>　　門式起重機門架的設計及優(yōu)化</p><p>　　摘要：進入21世紀以來，我國的鐵路、造船工業(yè)進入了快速發(fā)展的軌道，門式起重機因其在露天作業(yè)環(huán)境中有其它類型起重機

7、無法替代的優(yōu)勢，因此對其進行研究、創(chuàng)新，使其結構更合理，使用更方便，具有重要的戰(zhàn)略和現實意義。本設計以單主梁L型門式起重機結構設計為設計目標，內容包括主梁、支腿、下橫梁等結構的設計。首先采用許用應力法及計算機輔助設計方法和第四強度理論對主梁結構進行載荷計算，然后對其強度、穩(wěn)定性、剛度進行校核，運用solidworks軟件對所設計的結構進行建模，用有限元軟件進行應力分析，對所設計模型進行分析，如不符合，重復所做步驟。其設計很好的體現了結構

8、力學、材料力學在金屬結構件和起重機運輸中的重要運用。</p><p>　　關鍵詞：門式起重機，金屬結構，載荷計算，三維建模</p><p>　　Design and optimization of gantry crane gantry</p><p>　　Abstract：Since the 21st century, China's railway, s

9、hipbuilding industry has entered a rapid development track, gantry crane for its operation in the open environment there are other types of cranes irreplaceable advantage, so to research, innovation, make the structure m

10、ore reasonable and more convenient to use, has important strategic and practical significance. This design by L single girder gantry crane structure design as the design goal, the content including main girder, leg and l

11、ower beam</p><p>　　Key words: gantry crane, Metal structure, Load calculation, 3 d modeling</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 前 言 ………………………………………………………………………………1</p&g

12、t;<p>　　1.1 結構簡介 …………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2 發(fā)展現狀 …………………………………………………………………………2</p><p>　　1.3 研究目的和意義 …………………………………………………………………2</p><p>　　1.4 已知數據的確定 ………………

13、………………………………………………3</p><p>　　2 門架主要尺寸的確定 ………………………………………………………………5 </p><p>　　2.1 主梁幾何尺寸和特性 ……………………………………………………………6</p><p>

14、　　2.2 支腿幾何尺寸和幾何特性 ………………………………………………………6</p><p>　　2.3 下橫梁截面尺寸及幾何特性 ……………………………………………………7 </p><p>　　2.4 主梁支腿抗彎剛度比 ……………………………………………………………8

15、</p><p>　　2.5 大車輪距選取 ……………………………………………………………………8 </p><p>　　3 門式起重機門架的計算 ……………………………………………………………9 </p><p>　　3.1 門架的計算載荷 …………………………………………………………………9

16、 </p><p>　　3.1.1 主梁單位長度質量 ……………………………………………………………9 </p><p>　　3.1.2 小車輪壓 ………………………………………………………………………9

17、 </p><p>　　3.1.3 小車制動時由于貨重和小車自重引起的慣性力 ……………………………9 </p><p>　　3.1.4 大車制動時產生的慣性力 ……………………………………………………10 </p><p>　　3.1.5 風載荷 …………………………………………………………

18、………………11 </p><p>　　3.2 主梁的內力計算 …………………………………………………………………12 </p><p>　　3.2.1 垂直面內的內力 ………………………………………………………………12

19、 </p><p>　　3.2.2 水平面內的內力 ………………………………………………………………17 </p><p>　　3.3 主梁的強度驗算 …………………………………………………………………18 </p><

20、;p>　　3.3.1 彎曲應力驗算 …………………………………………………………………18 </p><p>　　3.3.2 剪應力驗算 ……………………………………………………………………19 </p><p>　　3.3.3 主梁扭轉剪應力

21、 ………………………………………………………………19 </p><p>　　3.4 支腿與下橫梁的內力計算 ………………………………………………………21 </p><p>　　3.4.1 門架平面支腿內力計算 ………………………………………………………21

22、 </p><p>　　3.4.2 支腿平面內的支腿內力計算 …………………………………………………25 </p><p>　　3.5 支腿和下橫梁強度驗算 …………………………………………………………28 </p><p>　　3.5.1 支腿強度驗算 …………

23、………………………………………………………28 </p><p>　　3.5.2 下橫梁強度驗算 ………………………………………………………………29 </p><p>　　3.6 門架的靜剛架計算 ………………………………………………………………29

24、 </p><p>　　3.6.1 主梁的剛度計算 ………………………………………………………………29 </p><p>　　3.6.2 支腿靜剛度計算 ………………………………………………………………30 </p&g

25、t;<p>　　3.7 主梁動剛度計算 …………………………………………………………………32 </p><p>　　4 門架solidworks三維圖的建立和優(yōu)化 ………………………………………… 35</p><p>　　4.1 門架的三維圖形 …………………………………………………………………35</p&

26、gt;<p>　　4.1.1 門架橫梁三維圖形 ……………………………………………………………35</p><p>　　4.1.2 下橫梁的三維圖形 ……………………………………………………………35</p><p>　　4.1.3 支腿的三維圖形 ………………………………………………………………35</p><p>　　4.1.4 總體三維圖

27、形的建立 …………………………………………………………36</p><p>　　4.2 門架有限元simulation有限元力學分析 …………………………………… 36</p><p>　　4.2.1 進入軟件工作區(qū) ………………………………………………………………36</p><p>　　4.2.2 網格化分析模型 ………………………………………………………

28、………38</p><p>　　4.2.3 位移分析結果 …………………………………………………………………38</p><p>　　4.2.4 應力分析結果 …………………………………………………………………38</p><p>　　4.2.5 應變分析結果 …………………………………………………………………38</p><p>　　

29、4.3 分析總結 …………………………………………………………………………38</p><p>　　結 論……………………………………………………………………………………39</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………………………40</p><p>　　致 謝 ………………………………………………………………………………

30、…41</p><p><b>　　1 前 言 </b></p><p><b>　　1.1 結構簡介</b></p><p>　　門式起重機是橋式起重機的一種變形。在港口主要用于室外的貨場、料場貨、散貨的裝卸作業(yè)。它的金屬結構像門形框架，承載主梁下安裝兩條支腳，可以直接在地面的軌道上行走，主梁兩端可以具有外伸懸臂梁。門

31、式起重機具有場地利用率高、作業(yè)范圍大、適應面廣、通用性強等特點，在港口貨場得到廣泛使用。</p><p>　　門式起重機的主梁形式主要有兩種單主梁和雙主梁。單主梁門式起重機結構簡單，制造安裝方便，自身質量小，主梁多為偏軌箱形架結構。與雙主梁門式起重機相比，整體剛度要弱一些。因此，當起重量Q≤50t、跨度S≤35m時,可采用這種形式。單主梁門式起重機門腿有L型和C型兩種形式。L型的制造安裝方便，受力情況好,自身質量

32、較小，但是，吊運貨物通過支腿處的空間相對小一些。C型的支腳做成傾斜或彎曲形，目的在于有較大的橫向空間，以使貨物順利通過支腳。雙主梁門式起重機承載能力強，跨度大、整體穩(wěn)定性好，品種多，但自身質量與相同起重量的單主梁門式起重機相比要大些，造價也較高。根據主梁結構不同，又可分為箱形梁和桁架兩種形式。一般多采用箱形結構。</p><p>　　主梁結構可分為桁架梁和箱型梁以及蜂窩梁。使用角鋼或工字鋼焊接而成的結構形式，優(yōu)點

33、是造價低，自重輕，抗風性好。但是由于焊接點多和桁架自身的缺陷，桁架梁也具有撓度大，剛度小，可靠性相對較低，需要頻繁檢測焊點等缺點。適用于對安全要求較低，起重量較小的場地。使用鋼板焊接成箱式結構，具有安全性高，剛度大等特點。一般用于大噸位及超大噸位的門式起重機。為國內最大的門式起重機，主梁采用了箱梁結構。箱梁同時也具有造價高，自重大，抗風性較差等缺點。蜂窩梁一般指“等腰三角形蜂窩梁”，主梁端面為三角形，兩側斜腹上有蜂窩孔，上下部有弦桿。蜂

34、窩梁吸收了桁架梁和箱梁的特點，較桁架梁具有較大的剛度，較小的撓度，可靠性也較高。但是由于采用鋼板焊接，自重和造價也比桁架梁稍高。適用于使用頻繁或起重量大的場地或梁場。由于這種梁型為專利產品，因此生產廠家較少。</p><p>　　本次設計的起重機因支腿形狀類似字母L又稱L型門式起重機，該裝置主要是由主梁、支腿、下橫梁等結構組成。單主梁L型門式起重機一般做成箱型結構，而且常做成L型支腿。有時也可做成桁架結構，但是桁

35、架結構存在著制造勞動量大，維修保養(yǎng)不方便等缺點，所以一般設計成箱梁門式起重機。</p><p><b>　　1.2 發(fā)展現狀</b></p><p>　　目前，國內專業(yè)生產大型起重機的廠家很多。其中以中聯重科、三一重工、撫挖等公司產品系列較全，市場占有率較高。中聯重科在2007年12月宣布實行品牌統(tǒng)一戰(zhàn)略后?，F已成功開發(fā)了50t~600t履帶式起重機產品系列。作為中國

36、起重機行業(yè)的領跑者，徐州重型機械有限公司現在已經形成了以汽車起重機為主導，履帶式起重機和全路面起重機為側翼強勢推進的龐大型譜群。國內最具歷史的履帶式起重機生產企業(yè)撫挖現已擁有35t~350t的履帶式起重機產品系列。QUY350是撫挖2007年推出的國產首臺350t履帶式起重機，填補了國內350t履帶式起重機的產品型譜空白。國外專業(yè)生產大型起重機廠家很多。其中利勃海爾、特雷克斯-德馬格、馬尼托瓦克與神鋼等公司產品系列較全， 市場占有率較高

37、。利勃海爾公司的產品技術先進、工作可靠，其生產的LR系列履帶起重機最大起重量已達1200t。其桁架臂履帶式起重機系列在2007年又喜添新品LR1600/2，使其產品型譜更加完善。</p><p>　　未來的一段時間內，起重機的發(fā)展趨勢包括以下幾個方面：</p><p>　　（1）大噸位的自拆裝系統(tǒng)。 </p><p>　?。?）便利模塊化和組合化。 </p&

38、gt;<p><b>　?。?）混合型起重機</b></p><p>　　1.3 研究目的和意義</p><p>　　通過對門式起重機門架的研究和創(chuàng)新設計，能夠讓我很好的掌握結構力學、材料力學在金屬結構件和起重機運輸中的運用。作為畢業(yè)設計的一大課題，在融合貫通機械專業(yè)的同時，更能很好的使自己所學專業(yè)知識全面化、系統(tǒng)化。本次設計的結構較復雜，特別是支腿、設

39、計難度較大，計算量也較多。不光是對專業(yè)知識的考察，更體現在自己對待生活和學習的態(tài)度上。通過這一環(huán)節(jié)的訓練，更能很好的提高了以下方面的能力：</p><p>　　（1）綜合運用所學知識和技能，獨立分析和解決設計問題的能力；</p><p>　?。?）熟練運用基本技能，包括繪圖、計算機應用、翻譯、查閱文獻等等的能力；實驗研究的能力；撰寫科技論文和技術報告，正確運用國家標準和技術語言闡述理論和技

40、術問題的能力：</p><p>　?。?）收集加工各種信息的能力，獲取知識的能力；</p><p>　?。?）多角度的培養(yǎng)我們綜合運用和擴大所學知識面的能力，以提高理論聯系實際的能力。</p><p>　　（5）通過依據數據、準確的制圖，培養(yǎng)了我們收集、整理、分析及運用資料的能力 。</p><p>　　另外它不僅僅局限在機械基礎知識上更涉及

41、了有關材料學、力學等多學科知識，使我們對交叉學科有了一定的涉足，拓寬了我們的知識面，更激發(fā)了進行本專業(yè)工作、學習的激情與興趣。</p><p>　　本設計為單梁L型門式起重機結構設計，根據給出的設計參數，設計出符合要求滿足使用性能的起重機結構，并對設計出來的結構進行校核計算。所用到的研究方法主要有比較研究法、文獻資料法等。借鑒前人對起重機結構設計的成熟經驗，結合目前門式起重機所存在的缺點和不足，進行起重機的創(chuàng)新性

42、結構設計。通過翻閱相關文獻書籍對涉及到的單主梁、兩剛支腿、兩柔支腿以及上下橫梁等結構進行計算，特別是載荷計算及載荷組合。在完成門式起重機的設計之后需要對門架進行整體分析，這就需要運用solidworks軟件的simulation有限元網格化分析，對所設計的尺寸進行優(yōu)化分析，在位移、應力、應變三個方面進行優(yōu)化分析，更全面、更細致，完成對所設計的優(yōu)化。</p><p>　　1.4已知數據的確定</p>

43、<p><b>　　起重量：16</b></p><p><b>　　跨度：=22；</b></p><p>　　懸臂長度：雙懸臂；=7.2；=6.3；=5.0；</p><p>　　工作級別：、25%；</p><p><b>　　起升高度：12；</b></

44、p><p>　　起升速度:7.8 機構工作級別：</p><p>　　小車運行速度：37.5 小車工作級別：</p><p>　　大車運行速度：39.5 大車運行級別：</p><p>　　小車輪距: 2.5；</p><p>　　小車軌

45、距: 1.23；</p><p><b>　　各構件質量數據：</b></p><p>　　起重機總質量：=49612kg；主梁:=18612kg；支腿：=3853kg（一根）；下橫梁：=2346kg(一根)；軌道：=2950kg；走臺欄桿：=2067kg；大車傳動裝置：=1881kg；小車：=7286kg；操縱室：=566kg；電氣均布質量：=450kg；電氣集中質

46、量：=750kg；小車供電電纜：=314kg；操縱室梯子安裝：=124kg；</p><p>　　吊具：=322kg。</p><p>　　2 門架主要尺寸確定</p><p>　　2.1主梁幾何尺寸和特性</p><p>　　正面尺寸簡圖如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 單主梁門式起重機計算簡圖<

47、/p><p>　　門架的主要構件有主粱、支腿和下橫粱，皆采用箱形結構。主粱截面如圖2-2所示，其幾何尺寸如下：</p><p><b>　?。?）主梁幾何尺寸</b></p><p>　　高度≥() =()22 =1.47～0.88</p><p><b>　　取=1.516</b></p>

48、<p>　　寬度B≥(0．6～0.8)</p><p>　　取=1.10; =0.96</p><p>　　取副膻板厚度 δ2=0.6</p><p>　　其它板厚 δ1=δ3=δ4=0.8</p><p>　　其余尺寸 =150,=90(腹板間距)</p><p>　?。?）主梁幾何特性<

49、/p><p>　　面 積 =374.82</p><p>　　靜面矩 =10150 =6860</p><p>　　慣性矩 =1328762 =559431</p><p>　　截面模數 =17035; =10884;</p><p><b>　　=94573;</b></p>

50、;<p>　　圖2.2 主梁的截面尺寸</p><p>　　2.2支腿幾何尺寸和幾何特性</p><p>　　支腿總體尺寸， 支腿幾何圖形如圖2.3所示</p><p>　　圖2.3 支腿的計算簡圖</p><p>　　參考同類型起重機，采用“L”型支腿, 確定總體幾何尺寸如下:</p><p>　　H=

51、8.05，H1=1.35，H2=O.40，H3=1.50，H4=2.00，H5=13.765</p><p>　　=8.25，=1.60，=5.40，=4.05，=7.00，B=8.529</p><p>　　計算門架內力時，取計算高度：</p><p>　　=1.35十8.05十O.4=9.80</p><p>　　計算內力時，取計算高度:

52、 =8.05</p><p>　　支腿截面尺寸及幾何特性支腿截面尺寸如圖2.4所示，其幾何特性為：</p><p>　　圖2.4 支腿的截面尺寸</p><p><b>　　截面: </b></p><p>　　; =l432431;；</p><p><b>　　.</

53、b></p><p><b>　　截面：</b></p><p>　　=403208; =1951110;；</p><p><b>　　折算慣性矩：</b></p><p>　　=565398 ;=1691770。</p><p>　　2.3下橫梁截面尺寸及幾何特性

54、</p><p>　　下橫梁截面幾何尺寸如圖2.5所示，其截面幾何特性為</p><p><b>　　截面： </b></p><p><b>　　; , ；</b></p><p><b>　　截面：</b></p><p><b>

55、　　; ， ；</b></p><p>　　圖2.5 下橫梁的截面尺寸</p><p>　　2.4主粱支腿抗彎剛度比</p><p>　　系數: (式2.1）</p><p>　　式中——主梁繞軸慣性矩;</p><

56、p>　　——支腿折算慣性矩，</p><p>　　=9.8，=16.5 </p><p><b>　　2.5大車輪距取</b></p><p>　　大車輪距的選取按下式計算</p><p>　　3 門式起重機門架的計算 </p><p>　　3.1門架的計算載荷</p>

57、<p>　　3.1.1主梁單位長度質量</p><p><b>　　門架的計算載荷：</b></p><p>　　q= (式3.1）</p><p><b>　　50.13</b></p><p>　　主梁的單位長度質

58、量：</p><p>　　式中——起升沖擊系數，由設計手冊，取=1。</p><p><b>　　3.1.2小車輪壓</b></p><p>　　小車輪：單主梁小車有兩個垂直車輪輪壓 </p><p>　　計算輪壓： (式3.2）</p>

59、<p>　　由門式起重機設計手冊得，動力系數可按下式計算：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　取=1.15,則</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=252539/2=126269</p>

60、;<p>　　3.1.3小車制動時由于貨重和小車自重引起的慣性力</p><p>　　可知，小車制動時的慣性力受限于小車車輪與軌道的粘著力，即</p><p>　　式中 ——粘著系數，=0.15</p><p><b>　　——主動車輪輪壓，</b></p><p>　　3.1.4大車制動時產生的慣性力&l

61、t;/p><p>　　可知，大車制動時引起的慣性力也受限于車輪與軌道的粘著力</p><p>　　（1）主梁自重引起的慣性力；</p><p><b>　　(式3.3）</b></p><p>　　大車車輪總數為4，主動車車輪數為2，尺寸和見2.2：</p><p>　　（2)貨物自重和小車自重引起的

62、慣性力 若取作用在處； </p><p><b>　　(式3.4）</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　(3）支腿自重引起的慣性力</p><p>　　支腿自重：Gt=3853kg</p><p><b>　　(式3.5）</

63、b></p><p>　　=0.15×3853×</p><p>　?。?）主梁自重引起慣性力化成均布截荷</p><p><b>　　3.1.5風載荷</b></p><p>　?。?）作用于貨物的風載荷</p><p><b>　　(式3.6）</b&

64、gt;</p><p>　　當Q=16t時，=10; C=1.2;為工作狀態(tài)最大風壓，由[1]可知=250(假設在沿海工作)</p><p>　?。?）作用在小車上的風載荷</p><p><b>　　(式3.7）</b></p><p>　　式中——小車的迎風面積，由小車防雨罩的尺寸確定，=8</p>&

65、lt;p>　　1.2×250×8=2400</p><p>　　(3) 作用在主梁上的風載荷</p><p><b>　　(式3.8）</b></p><p>　　式中——主梁長度方向迎風面積；</p><p>　　=1.2×250×55=16500</p>&

66、lt;p>　　(4) 將主梁上風載荷化為均布載荷</p><p>　　=4.533N/cm</p><p>　　(5)作用在支腿上的風力</p><p><b>　　(式3.9）</b></p><p>　　式中 Ft=H×B=8.05×1.675=13.5</p><p&

67、gt;　　=1.2×250×13.5=4050</p><p><b>　　化為均布載荷： </b></p><p>　　3.2主梁的內力計算</p><p>　　3.2.1垂直面內應力</p><p>　　將門架分為門架平面和支腿平面，分別作為平面剛架計算下面將對主梁、支腿、下橫梁逐個進行計算<

68、;/p><p>　　計算主梁的內力時，將門架當作平面靜定結構分析</p><p>　　(1)主梁均布自重引起的內力的計算公式：</p><p>　　支反力： (式3.10） </p><p><b>　　剪力：</b><

69、;/p><p><b>　　彎矩：</b></p><p>　　由主梁自重引起的內力圖由如圖3.1，其中圖a為計算簡圖，b為彎短圖，c為剪刀圖</p><p>　?。?）移動載荷引起的主梁內力取小車輪壓：</p><p>　　分別計算小車位于跨中和懸臂端時的主梁內力：</p><p>　　小車位于跨中

70、（如圖3.2、和）</p><p>　　圖3.1 主梁由自重引起的內力圖</p><p>　　圖3.2 主梁由移動載荷引起的內力圖</p><p>　　由[1]最大彎矩作用位置：</p><p><b>　　x=</b></p><p><b>　　求得支反力；</b><

71、;/p><p><b>　　VA=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　剪力</b></p><p>　　小車位于懸臂端（圖3.2、和）得：</p><p><b>　　支反力:</b></

72、p><p><b>　　剪力：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　由[1]表11-3；彎矩</p><p>　　小車制動慣性力引起的主梁內力（圖3.3和）當小車制動時，慣性力順主梁方向引起的主梁內力</p><p><b>　　支反力：

73、</b></p><p>　　(式3.11） </p><p><b>　　剪力：</b></p><p>　　由[1]表11-3 求得彎矩：</p><p><b>　　跨中：</b></p><p><b>　　支座處:</b>&

74、lt;/p><p>　　圖3.3 主梁由小車慣性力引起的內力圖</p><p>　　圖3.4 主梁由水平慣性力引起的內力圖</p><p>　　3.2.2水平面內的內力</p><p>　　當大車制動時，由于慣性力和風載荷引起的主梁內力，在主梁水平面內，由于大車制動時產生的慣性力順大車軌道方向，其中由主梁自重引起的和由滿載小車自重引起的P的計算值

75、已于前述</p><p>　　順大車軌道方向的風載荷為、和（其值也列在前面），它們引起的主梁內力見圖3.4.</p><p>　　小車在跨中 求得彎矩：</p><p><b>　　(式3.12） </b></p><p>　　B、小車在懸臂端 求得彎矩：</p><p>　　=

76、 (式3.13）</p><p><b>　　= =</b></p><p>　　ML/2= (式3.14)</p><p><b>　　=</b></p><p>　　現分別將主梁垂直面和水平面內的彎矩列表如下： <

77、;/p><p>　　表3.1主梁垂直面和水平面內的彎矩列各位置數據</p><p>　　3.3主梁的強度驗算</p><p>　　3.3.1彎曲應力驗算</p><p>　　由表3.1可知，主梁在垂直面和水平面內的合成彎短，小車在跨中時，跨中彎矩最大。小車在懸臂時，支 承處彎矩最大。現分別驗算主梁跨中和支腿處的彎曲應力。求得跨中彎曲應力。<

78、/p><p><b>　　(式3.15）</b></p><p>　　=12011.90N/cm2≤[]</p><p><b>　　支承處彎曲應力</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=9675.19N/cm2≤[]<

79、/p><p>　　3.3.2剪應力驗算</p><p>　　根據上述計算,小車在懸臂端時,主梁支承處剪力最大,主梁支承處垂直面內的剪應力由式計算：</p><p><b>　　(式3.16）</b></p><p><b>　　小車在跨中：</b></p><p>　　=3609

80、3.6+118807.65－7635.5=147265.75N</p><p><b>　　小車在懸臂端：</b></p><p>　　=－36093.6－252538－7635.5=－296267.1N</p><p><b>　　剪應力：</b></p><p>　　3.3.3主梁扭轉剪應力&l

81、t;/p><p>　　主梁在水平面內受水平慣性力和風力引起的剪應力一般較小，可略去不計。</p><p>　　對于單主梁箱形門式起重機，其主梁截面除承受自由彎曲應力外，還了在受約束彎曲應力、約束扭轉正應力（以增大15%的自由彎曲應力計入）和剪應力。此外，主梁截面還了在受純扭轉剪應力，現驗算如下：</p><p>　　(1)彎心的位置如圖3.5所示，主梁截面彎心位置：&l

82、t;/p><p>　　圖3.5 主梁截面彎心計算簡圖</p><p>　　小車各部分重量如下：</p><p>　　=4509kg——小車上機械部分重量；</p><p>　　=16322kg——吊重及吊鉤組重量；</p><p>　　=2490kg——小車架及防雨罩重量。</p><p><

83、b>　　(2)外扭矩</b></p><p>　　(3)主腹板上的剪應力</p><p><b>　　τ1=</b></p><p>　　式中 =90.7×150.8=13677.56</p><p><b>　　τ1=</b></p><p>　

84、　=1369.37N/≤[τ]</p><p>　　蓋板厚度與主腹板厚度相同</p><p>　　(4) 副腹板上剪應力</p><p><b>　　τ2=</b></p><p>　　=1641N/≤[τ]</p><p>　　3.4支腿與下橫梁的內應力計算</p><p&g

85、t;　　3.4.1門架平面支腿內力計算</p><p>　　計算支腿內力時，可分別取門架平面和支腿平面的門架作為平面剛架進行計算，門架平面的剛架為一次超靜定結構，支腿平面的剛架為超靜定結構</p><p>　　(1)由主梁均布自重產生的內力（如圖3.6）可知，有懸臂的側推力為：</p><p>　　圖3.6 支腿自重引起的內力圖</p><p&g

86、t;<b>　　(式3.17）</b></p><p>　　為了安全起見，現將有懸臂門架當作無懸臂門架計算，即 H=</p><p><b>　　彎矩：</b></p><p>　　(2) 由移動載荷產生的內力（由小車輪壓產生的主梁內力），分為小車在跨中和小車在懸臂端進行 </p><p

87、>　　A. 小車在跨中（圖3.7） 當=9.7m時，=2.6</p><p><b>　　側推力：=</b></p><p><b>　　彎矩：</b></p><p>　　圖3.7支腿自由移動載荷</p><p>　　B. 小車在懸臂端（如圖3.7）主鉤左極限位置。</p>

88、<p><b>　　側推力：</b></p><p>　　彎矩：=41665.36980=40832052N.cm</p><p>　　（3）作用在支腿上的風載荷產生的支腿內力（如圖3.8a、b所示） 作用在支腿上的均布風載荷引起的支腿內力：</p><p>　　圖3.8支腿由風載荷引起的內力圖</p><p&

89、gt;<b>　　側推力</b></p><p><b>　　彎矩</b></p><p>　　（4）由于順小車方向軌道的小車制動慣性力和風載荷產生的支腿內力（如圖3.9a、b所示）可知，順小車軌道方向的風載荷和小車制動慣性力產生的支腿內力：</p><p>　　圖3.9支腿由小車慣性力引起的內力圖</p>

90、<p><b>　　側推力: </b></p><p>　　=(17140+2400+3000)=11270.47N</p><p><b>　　彎矩:</b></p><p>　　小車在跨中的支腿合成彎矩：</p><p>　　小車在懸臂端的支腿合成彎矩：</p><

91、p>　　3.4.2支腿平面內的支腿內力計算</p><p>　　計算支腿平面內的內力時，可按小車運行到支腿位置時計算，此時垂直載荷：P=2P++G+G+G (式3.18）</p><p>　　式中各符號的意義見前述。</p><p>　?。?) 由垂直載荷引起的支腿內力（如圖3.10a所示）&l

92、t;/p><p>　　在垂直載荷作用下引起的支腿內力由得支反力：</p><p><b>　　彎矩:</b></p><p>　　圖3.10 支腿的內力計算簡圖</p><p>　?。?）由水平載荷引起的支腿內力 (如圖3.10) 在水平載荷和作用下引起的支腿內力計算：</p><p>　　作用在

93、支腿頂部的水平載荷：</p><p>　　作用在支腿中部的水平載荷：</p><p><b>　　支反力：</b></p><p>　　彎矩=5719160=91486.64Nm</p><p>　　（3）支腿承受從主梁傳遞據矩作用引起的支腿內力（如圖3.10）</p><p><b>

94、　　已知</b></p><p><b>　　支反力 </b></p><p><b>　　彎矩：</b></p><p>　　（4）支腿自重引起的支腿內力（如圖3.10）</p><p>　　已知支腿自重，化為均布載荷：</p><p><b>　　

95、彎矩 </b></p><p>　　支反力 (式3.19）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　彎矩： </b></p><p>　?。?）下橫梁自重引起的下橫梁內力（如圖3.

96、10所示） 在計算支腿平面內的門架內力時，可同時求出支腿上的彎矩和下橫梁中的彎矩。除此之外，下橫梁自重在下橫梁產生的彎矩：</p><p>　　下橫梁自重=2346kg，化為均布載荷</p><p><b>　　支反力 </b></p><p><b>　　彎矩 </b></p><p>　

97、　在支腿與下橫梁聯接處的下橫梁截面處的彎矩：</p><p><b>　　(式3.20）</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　支腿平面內支腿和下橫梁承受的彎矩</p><p>　　支腿平面內支腿下部彎矩合成：</p><p>　　3.5支腿和下

98、橫梁強度驗算</p><p>　　3.5.1支腿強度驗算</p><p>　　由上述門架的內力計算可知，在門架平面內，支腿上部彎矩較大，向下逐漸小。而在支腿平面內，支腿下部彎矩較大，向上逐漸變小。所以單主梁門式起重機支腿在兩個方向的寬度尺寸可變化成為變截面形狀，對于支腿上部面，當小車位于跨中時，可按門架平面的合成彎矩：</p><p>　　ΣMC=-437006.4

99、9N.m和支腿平面內支腿承受主梁傳遞的扭矩Mn=269339.99N.m驗算彎曲應力：</p><p>　　σ= (式3.21 )</p><p>　　對于支腿下部截面B-B，可只按支腿平面、支腿下部承受的合成彎矩和軸向力合成驗算支腿強度</p><p><b>　　軸向力 </b><

100、/p><p><b>　　彎曲應力 =</b></p><p><b>　　=7553.53</b></p><p>　　3.5.2下橫梁強度驗算</p><p>　　下橫梁強度按截面的合成彎矩驗算：</p><p>　　3.6門架的靜剛架計算</p><p

101、>　　3.6.1主梁的剛度計算</p><p>　　計算門架剛度時，應分別對主梁和支腿進行剛度計算。在進行主梁剛度計算時，應以門架平面作為計算平面。在進行支腿剛度計算時，以支腿平面作為計算平面。主梁剛度按超靜定門架計算。</p><p>　?。?）當小車在跨中時</p><p><b>　　(式3.22）</b></p>&

102、lt;p><b>　　= </b></p><p>　?。?）當小車在懸臂墻時</p><p><b>　　(式3.23）</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　3.6.2支腿靜剛度計算</p><p>　　對于支腿，

103、只需進行支腿平面內的剛計計算即可</p><p>　　圖3.11 支腿剛度計算簡圖</p><p>　　（1）水平剛度（如圖3-11、）在水平載荷、作用下，支腿頂部的水平位移按下式計算:</p><p><b>　　(式3.24）</b></p><p>　　其中,單位水平載荷=1引起的支腿內力為:</p>

104、<p>　　在水平載荷和作用下引起的內力由前述所知=45835；=7772</p><p><b>　　=0.52</b></p><p>　?。?）垂直剛度計算（如圖3.11、）在垂直載荷作用下，支腿頂部的垂直位移計算：</p><p><b>　　(式3.25）</b></p><p&

105、gt;　　單位垂直載荷=1引起的支腿內力：</p><p><b>　　由前述計算：=</b></p><p>　?。?）扭轉剛度計算（如圖3.11、）支腿受主梁傳遞的扭矩而引起扭轉變形，其扭轉剛度驗算：</p><p><b>　　(式3.26）</b></p><p>　　（4）單位扭轉剛度計算

106、，單位扭轉剛度計算按下式計算：</p><p><b>　　(式3.27）</b></p><p>　　3.7主梁動剛度計算</p><p>　　主梁的動剛度，可以由下式驗算主梁滿載自振頻率來控制：</p><p><b>　　(式3.28）</b></p><p>　　（1

107、）當小車在跨中時，</p><p><b>　　式中 </b></p><p><b>　　在此 </b></p><p><b>　　式中 </b></p><p><b>　　在此 </b></p><p&g

108、t;<b>　　于是 </b></p><p>　?。?）小車在懸臂端時：</p><p><b>　　式中 </b></p><p><b>　　=82.14</b></p><p>　　式中 ===0.50</p><p><b>

109、;　　===4.59</b></p><p>　　皆大于2Hz,滿足要求。</p><p>　　4門架 SOLIDWORKS三維圖的建立和優(yōu)化</p><p>　　4.1門架的三維圖形</p><p>　　4.1.1門架橫梁三維圖形</p><p>　　圖4.1 門架橫梁三維圖</p><

110、;p>　　4.1.2下橫梁的三維圖形</p><p>　　如圖4.2所示為下橫梁的solidworks3D圖形</p><p>　　圖4.2 下橫梁三維圖</p><p>　　4.1.3支腿的三維圖形</p><p>　　如圖4.3所示為支腿的solidworks3D圖形</p><p>　　圖4.3 支腿三維圖

111、</p><p>　　4.1.4總體三維圖形的建立</p><p>　　如圖4.4所示為總體結構的solidworks3D圖形</p><p>　　圖4.4 門架總體結構三維圖</p><p>　　4.2門架有限元simulation有限元力學分析</p><p>　　4.2.1進入軟件工作區(qū)</p>&

112、lt;p>　　如圖4.5所示為有限元分析軟件的工作界面</p><p>　　圖4.5 simulaition 工作界面</p><p>　　4.2.2 網格化分析模型</p><p>　　如圖4.6為simulation的網格化分析過程</p><p>　　圖4.6 網格化優(yōu)化分析</p><p>　　4.2

113、.3位移分析結果</p><p>　　如圖4.7所示為門架的位移分析結果</p><p>　　圖4.7 位移分析結果</p><p>　　4.2.4應力分析結果</p><p>　　如圖4.8所示為門架優(yōu)化應力分析結果</p><p>　　圖4.8 應力分析結果</p><p>　　4.2.5應

114、變分析結果</p><p>　　如圖4.9所示為門架的應變分析結果</p><p>　　圖4-9 應變分析結果</p><p><b>　　4.3分析總結</b></p><p>　　通過solidworks軟件中simulation插件對所設計的門架進行分析，結果清晰明了，在危險截面，應力集中區(qū)域可進行全面的分析，該軟

115、件對所設計的結構在受力狀況下，位移、應力、應變的分析，對設計結果的判定符合設計要求，再施加外力的情況下無論在變型還是在材料的屈服強度都符合設計要求，在實際的設計過程中能節(jié)省大量時間。</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　畢業(yè)論文是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次門式起重機門架的設計與優(yōu)化，我擺脫了單純的理論知識學

116、習狀態(tài)，和實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經驗得到了豐富，并且意志品質力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。 　　雖然畢業(yè)設計內容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種公式的運用，以及強度的計算和solidworks軟件的使用，

117、隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。和老師的溝通交流更使我從經濟的角度對設計有了新的認識也對自己提出了新的要求?！?lt;/p><p>　　此次畢業(yè)設計我嚴格按照老師的要求進行，對文中使用的計算公式進行了深入的研究，這本《起重運輸機械》幫了我很大的忙，文中的公式在這本書上能全部找到，不僅是門式起重機，對其他起重設備也有詳細的說明，這讓我在一邊學習門式起重機的同時也可以對其他的起重機也有一定的了解。</p&

118、gt;<p>　　在這次設計中我了解了有限元分析方法在設計設計中所起到的重大作用，尤其是有些計算機軟件加入有限元分析插件之后，在建模分析中起到的重大作用。通過對solidworks軟件的學習，自己能對一些簡單的零件進行建模，并用有限元分析來指出該零件在載荷作用下，位移、應力、應變的分析處理，相信這在我今后的工作中更加節(jié)省時間和提高效率?！　√岣呤怯邢薜牡岣咭彩侨娴?，正是這一次設計讓我積累了無數實際經驗，使我的頭腦更好

119、的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學習中表現出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。 　　</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]陳道南.起重運輸機械[M].北京：冶金工業(yè)出版社.1988.</p><p>　　[2]江洪，陳燎，王智等. SolidWorks有限元分析實例解析[M] . 北京：清

120、華大學出版社.2007。</p><p>　　[3]林翔，謝永奇. SolidWorks 2004基礎教程[M] .北京：清華大學出版社.2004.</p><p>　　[4]王旭，王積生. 機械設計課程設計[M].北京：機械工業(yè)出版社.2003.</p><p>　　[5]張質文等. 起重機設計手冊[M] .北京：鐵道出版社.1998.</p>&l

121、t;p>　　[6]紀明剛，陳國定.機械設計[M].北京:高等教育出版社.2007.</p><p>　　[7]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社.2004.</p><p>　　[8]陳道南,盛漢中.起重機課程設計[M].北京：冶金工業(yè)出版社.1993.</p><p>　　[9]銀金光、王洪 .機械設計基礎[M].北京：科學出版社.2005.&

122、lt;/p><p>　　[10]孫恒，陳作模.機械原理（第六版）[M]. 北京：高等教育出版社，2000.</p><p>　　[11]中華人民共和國國家標準GB3811-83 起重機設計規(guī)范.北京：中國標準出版社，1983</p><p>　　[12]龔湘義. 機械設計課程設計指導書. 第二版.高等教育出版社,2004.4</p><p>　　

123、[13]張質文.王金諾.虞和謙等.起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社.1998[14]揚長骙.起重機械[M].北京：機械工業(yè)出版社,1982</p><p>　　[15]Feller W. An introduction to probabilistic theory and its applications, vol. 2. 3rd ed. Wiley, 1970.[16]R. L. 諾頓. Des

124、ign of machinery : an introduction to the synthesis and analysis of mechanisms and machines .機械工業(yè)社, 2003. 索書號78.122/E14=2[17]Peter Lynwander. Gear drive systems : design and application. M. Dekker, 1983. 索書號78.246/E10[