门座起重机臂架弹性变形与吊重平稳性仿真分析

太原学院学报

Vol. 35 No. 2

Jun. 2017

门座起重机臂架弹性变形与吊重平稳性仿真分析

李之光

(太原学院，山西太原030032)

摘要：门座起重机臂架系统的弹性变形会影响吊重运载时的平稳，吊重在垂直方向的波动

程度是合理设计臂架系统的重要参数。文章使用

ANSYS建立臂架系统的刚性体和弹性体模型，

研究两种模型下吊重垂直方向波动量随幅度的变化情况，拟合出吊重波动量与幅度的多项式方程， 作为优化设计的参数。

关键词：AN

SYS;门座起重机；弹性变形

文献标识码

中图分类号：TH2 ：A 文章编号：2096-191X(2017)02-0036-03

DOI：10. 14152/j. cnki. 2096-191X. 2017. 02. 008

引百

门座起重机臂架系统的弹性变形对正常工作产 生的影响是工程研究的热点[1_7]。本文分别建立臂 架系统刚性体与弹性体两种有限元模型，研究两种 模型下吊重随幅度的变化情况；拟合出两种模型下， 吊重在垂直方向的波动量随幅度变化的多项式方 程，为合理设计臂架系统及后续优化设计提供了方 法和参考。

1

了 G

变幅机构参数化建模

门座起重机臂架系统A

D

NSYS

模型的建立引人

0705门座起重机变幅系统各构件的尺寸参数

和工况数据。模型的建立首先考虑到变幅机构各构 件的短粗梁结构和弹性特性，通过使用beaml88梁 单元建立了符合臂架系统各构件几何尺寸关系的整 体构架。其次，臂架系统各构件是由钢板焊接而成 的箱型钢结构，考虑到钢结构的塑性、应力加强、大 应变等特性，采用高次阶实体单元plane82模拟各 构件的箱型钢结构。对建立的有限元模型进行（如 图1)合理简化，既减少了建模的繁琐，又减少了计

鼻里。

收稿日期：2017-03-20

作者简介：李之光（1987 — )，男，山西太原人，太原学院，硕士，研究方向：机械设计及理论。

—36 —

第®卷太原学踪学报

总第113= 親

后，对模型施加;DOF

约束载荷（如图2所示）。臂

架下铰点、大拉杆下铰点、平衡梁下铰点和齿条处 施加固定约束:，释放面定约東对z轴的旋转自由 度。其余构件铰接处施加的D

OF

约束要对z

轴的旋转自由度和对x，y轴的移动自由度5需要 =_注意，.対构件施加约東时.，蕃.避免对同._ 一-个构件的 两个铰接点同时施加约束，否则将出现过约束现 象。臂架系统的每一个构件都要施加重力载荷， 词时将force肅中载荷施加_于韻应位詹（吊童点和 平衡配重处）。

3

弹性和平稳性分析

通

过

AN.SYS的

求解模块进行分析计算，输出 T两

种模型下.吊重点在垂直方向的位移ye

随幅度

&的

变

化

曲

线

（如

图

3)和弹性变形量随幅度的变化

曲线(_如留11100

10985

一刚悻体

……弹_体

)

9966…….1…

9786

J………-...

9500 13200 16000 20600 24300 28000 32962

X/m

图

s

%

随幅度变化曲线

如

图

3可

知

，两

种

檁

_下

镇

点

的

变

化

轨

迹

有

相

同点。_幅度变小时，吊重:点先有较明显的下降，接

着上升，然后在起重机的起升高度附近，吊点随幅度

形对吊重点波动量:的影晌随幅度的增大而增大。虽 然变幅臂架系统各构件的箱型结构使构件有较强的 刚度

，但臂架系统较大的負童

n吊

.重载荷和幅度的变

化都会使臂架系统产生弹性变形，对吊重运载的平 稳性有一定影响。

.弹栓变形对®

處—的波

潘

影

前

擁

Ay随

幅度的

变

化

曲

缓

如

图

4

所示

，利

甩

matlab对

波动影响値

进行多项式曲线拟合得：

A„v =

— 3.4 ^ 1'0^5 • + 0. 0038 .

- 0.1731 .

+ 11

IJ1，d — Si M8 •

+3

S1. 72a —级貌

M

上述公式拟合出由

f

弹性变形.吊重点.在竖直 方

向

的

波

动

值

,与

幅

度

的

关

系

，该

公

式

是

基

于

GD0

705门座起重机臂架系统尺寸参数导出的，符

含真机运行时的真实状态。

4

结论

文章比较了臂架系统刚性体与弹性体模型下吊

重点的轨迹曲线*臂架系统较大的自重和吊重载荷 会使臂架系统产生弹性的变形，对甩重点垂直方向 上波动量的影响随幅度的增大而增大，从而影响货

物运载的平稳性。故拟合出吊重点惑直方向上波动 值与幅度的多项式方程，作为

后

续

GD070S

门座起

童机设计

i

作的优化参数。

参考文献：

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标推起:達

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simulation analysis of real-time yard crane control sys­

Simulation Analysis on the Elastic Deformation and Lifting Stability of Portal Crane Boom

LI Zhiguang

(Taiyuan University，Taiyuan 030032, China )

Abstract Elastic deformation of portal crane boom system exerts an influence on cargo carry­

：

ing. ,and the degree of fluctuation in the vertical direction is an important parameter for the rea­sonable design of the boom system. The emulation for rigid and elastic model of boom system is achieved in ANSYS

. In both rigid or elastic models, the curves of cargo motion over working

range is simulated and the difference between the two kinds of curves is compared. In Addition, the polynomial equation which can reflect the deformation of the track of the lifting weight is fit­ted, which is the basis of the optimal design of the arm frame system.

Key words ANSYS； portal crane ； elastic deformation

：

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