摘 要

本文详细叙述了门座式起重机臂架系统的设计过程和有限元分析过程。借助机械设计手册、起重机设计手册等资料和AUTOCAD、ANSYS等设计软件，圆满地设计出达到设计要求的起重机臂架系统。

论文主要研究了门座式起重机的总体计算，臂架系统的参数设计，AUTOCAD软件中设计出的合格图纸，还有在ANSYS软件中建模、划分网格、加荷载并得到有效的有限元分析结果的一整套流程。

研究结果表明，在六种不同的工况下，该臂架系统的设计是可以达到设计要求的。

本文的特色在于通过研究分析确定了臂架的参数并建立了ANSYS有限元模型。根据分析计算,确定了计算荷载，并详细研究了荷载的加载方式，通过ANSYS有限元软件进行分析校核,并结合实例分析了臂架各单元的受力情况且进行了强度、刚度、应力分析，分析过程方便快捷高效。

关键词：门座起重机；臂架设计；ANSYS；有限元分析

Abstract

This paper describes in detail the design process and the finite element analysis process of the gantry crane's boom system. With the aid of mechanical design manual, crane design manual and other information and AUTOCAD, ANSYS and other design software, a complete design of the crane to meet the requirements of the design of the crane boom system.

Paper mainly studies the integral calculation of the portal crane, parameter design of boom system, qualified drawings in AutoCAD software design and in software ANSYS modeling, mesh, load and get the effective results of finite element analysis of a set of processes.

The results show that the design of the arm frame system can meet the design requirements under six different conditions.

The characteristic of this paper is to establish the ANSYS finite element model by studying and analyzing the parameters of the boom. According to the analysis of the calculation, the calculation load is determined, and a detailed study of the loading mode, according to the verification and analysis of the finite element software ANSYS, and analyzed the stress on the arm frame of each unit and the strength, stiffness, stress analysis and the process is convenient and rapid, with examples.

Key Words：Gantry Crane；Boom Design；ANSYS；Finite Element Analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 国内外研究现状与发展动态 2

1.2.1 起重机设计发展趋势 2

1.2.2 国内门座式起重机的发展现状 2

1.3 ANSYS软件的介绍 2

第2章 总体计算 3

2.1主要技术参数 3

2.2确定主要工作机构的形式 4

2.2.1 确定起升机构主要形式 4

2.2.2 确定运行机构主要形式 5

2.2.3 确定回转机构主要形式 6

2.2.4 确定变幅机构主要形式 7

2.3确定金属结构的形式 8

2.4确定臂架结构的形式 8

2.5整机抗倾覆稳定性计算 10

第3章 起重机臂架结构的三维建模和有限元分析 13

3.1 ANSYS三维建模和有限元分析介绍 13

3.2 有关加载和求解 13

3.3 臂架ANSYS建模过程 17

3.4 臂架有限元分析过程 23

第4章 结论与展望 33

参考文献 34

第 1 章 绪 论

1.1 课题研究背景

世界经济的持续发展，以海运为主的国际贸易迅速的发展，船舶的吨数越来越大。与此同时，要求起重机的效率也要越来越高！以上海振华为首的中国起重机厂商，制造出了先进起重机，打开了西方国家的大门，让世界见识到了中国制造的强大！

由于各个码头的地理位置各不相同，每个港口的定位都是不一样的，进而对于起重机的设计要求都是不相同的。对于大型起重机而言，都是订制化的产品。大型起重机的单价非常高，属于高附加值产品！市场竞争非常激烈，因而对于产品的质量、产品效率还有耐用性、维护成本等方面都是有着非常高的要求！这对于设计者的设计水平和厂家的制造工艺提出了巨大要求！如果得不到市场的认可，那将会被市场无情的淘汰。

臂架是起重机中非常重要的构件，能够吊起重物就靠臂架的设计是否合理。臂架设计得过于保守，会影响重量带来的制造成本；设计得过于追求前卫和轻巧，增加了风险！因为，我们要寻找臂架设计的最佳之处。

经过很多年的发展，臂架的设计呈现出各种各样的风格，已经被市场检验过的设计性能良好的有桁架、四连杆等设计！不同的设计存在各自的优缺点！得根据客户的需求来制定相应的设计，而不是根据性能的优劣来决定设计！只有选择最适合客户的产品才是最好的产品。

传统起重机是在很多辈的设计研究员上不断改良完成的，现在已经有具有中国知识产权的世界一流的起重机械！但是相比国外的起重机，还是存在某些不足之处，比如耗时较长，重复修改频率非常高。现在计算机的普遍应用，提高了起重机设计的效率！比如CAD,SOLIDWORDS，ANSYS，都是能提高效率的软件！而且能缩短修改的时间、使产品的设计合理化、安全高！大大提升了中国起重机的核心竞争力^[1]。