毕业设计开题报告(范本).docx

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1、题 目： 桥式起重机桥架结构多体动力学仿真分析 学院： 机械与电子控制工程学院 专 业：机械工程及自动化 学生姓名： 李尊 学 号： 一 文献综述：1.1 研究背景桥式起重机是横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。由于它的两端坐落在高大的水泥柱或者金属支架上，形状似桥。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。桥式起重机是一种用途最广、数量最多、通用化程度较高的起重机械，从60年代以后称为“定型化”时期。桥式起重机是在离地面很高的轨道上运行，占厂

2、房有效面积小，并能实现在整个厂房面积内矩形空间的吊、运作业，因此适应于所有的工矿企业、库房内部或露天场地（要建桥墩铺轨）进行物料的装卸、搬运和起吊。图1-1为桥式起重机桥架结构示意图，主体结构包括主梁、端梁和小车。图1-1 桥式起重机示意图起重机是减轻笨重体力劳动，提高作业效率，实现安全生产的起重运输设备。起重机，尤其是桥式起重机主要用于大型加工企业，如钢铁、冶金、建材等行业。桥式起重机是现代工业生产和起重运输中实现生产过程机械化、自动化的重要工具和设备。 所以桥式起重机在室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以及物流周转等部门和场所均得到广泛的运用。因此，在物流机械设备中，起重机自然占

3、了非常重要、不可替代的作用。加强对起重机的研究和改进，促进其不断发展，必将对整个物流行业产生深远的影响。桥式起重机广泛地应用于工业厂房、仓库运输、码头等众多场合，减轻了工人劳动强度，提高了生产效率，在现代化生产过程中发挥了非常重要的作用。频繁发生的桥式起重机事故给人们的生命和财产带来了严重损失，引起了越来越多研究机构的高度重视。桥式起重机是中、大型起重设备，桥梁有两跟箱型主梁和两根箱型端梁刚接组成，其生产成本高，生产周期长，占用资源较多，因此不能进行大量的试验，只能做一些理论上的研究，然后在实际测试后积累经验和数据，配合先进的检测手段指导设计。随着现代物流业和科学技术的发展，各种大型巴拿马与运

4、输船以广泛应用，对港口起重机的要求也越来越高。不仅要求其中既有更高的重量，增大外伸距和起升高度，还要求小车和大车的速度高，同时要求起重机的重量轻，作业空间大。1.2 研究现状起重机械可以完成人力无法完成的物料搬运工作，作业空间大，可以把人们从繁重的体力劳动中解放出来，提高劳动生产效率，由于生产规模日益扩大，生产现代化专业化要求不断提高，各种专门用途的起重机相继产生，作用越来越大，在许多重要部门中成为不可缺少的主要机械设备。同时科学技术的飞速发展促进了现代设计和制造能力的提高。激烈的市场竞争也越来越依赖于技术的竞争。这些都促使起重机的性能进入新的发展阶段，对其中级的要求也越来越高。在我国的现代物

5、流中，起重机的使用范围极为广泛。近几年来，由于国家实行积极的财政政策，增加固定资产和社会发展投资，拉动内需，国内经济形势良好，对于起重机的需求也在不断的提高。全国及非国有500万以上规模的起重机生产企业为210家左右，销售收入约为27亿元人民币。500万以下的非国有起重机生产企业保守估计为1000家，销售收入约为10亿元人民币。进口产品约为4亿元人民币。目前国内起重机发展呈现以下趋势： 大型化、高效化、无保养化、节能化； 自动化、智能化、集成化、信息化； 成套化、系统化、综合化、规模化； 模块化、组合化、系列化、通用化。与此同时，国内的许多科研所以及中小型企业都十分关注此方面的发展，不同层次地

6、对起重机结构、材料、生产制造、装配等各个方面进行了研究。要想满足社会发展和市场竞争的需要，必然要求提高起重机的作业效率，由于起重机的额定载荷通常是确定的，要想提高起重机的工作效率，一般都是通过提高其机构的运行速度来实现的，而现有研究表明，提高起重机小车的运行速度虽然可以提高效率，但这必然使得起重机的动态载荷变大，使整机晃动加剧，起重机动态特性变差，这反过来又影响起重机的作业效率和寿命。所以速度和效率并不是成正比的，近年来随着设和的发展，人们对速度的要求越来越高，这种矛盾越来越突出，要想提高生产效率，人们必须解决好这个问题。因此，如何在尽量提高校车速度的的前提下，控制起重机的振动和变形，实现钓具

7、的快速准确定位，已成为提高起重机效率的新途径。所以近几年来，起重机动力学分析有成为各个国家和地区企业及高校关心的一个热点问题。另一方面，随着社会的发展，电子计算机和测试技术的突飞猛进，特别近一二十年来起重机的动力学分析得到了很大的发展，这种矛盾的解决又变得比较现实起来。主要表现在：1. 数值分析方法取得很大进展，许多过去无法计算的复杂的结构动力学问题现在大多能在计算机上得到解答；2. 数学模型的建立日臻完善，通过实际结构或结构模型的实验研究，采取系统辨识和参数估计等理论，与实验相结合的方法，能使建立的数学模型更接近现实；3. 结构动力分析在工程上得到广泛应用； 1.3 研究内容及意义桥架是起重

8、机的重要组成部分，它是整台起重机的骨架，用以支撑整机的机械、电气设备，支持被起升的重物，承受和传递作用在起重机上的各种复杂载荷。桥架结构是影响起重机各方面性能的重要部件。起重机金属桥架结构必须满足强度、刚度和稳定性条件。其中，强度决定着结构的承载能力，是保证起重机安全使用的必要条件Error! Reference source not found.。为了全面了解桥架结构在多重载荷组合作用下的应力大小及其分布状况，找出结构承载的薄弱部位，有必要进行静力分析。在分析桥式起重机桥架结构时，传统的力学解析方法计算公式繁多、复杂，且不够精确，很难反映桥架结构实际承载状况，尤其是当桥架结构内部加筋板布置复

9、杂时无法具体进行求解计算。相比之下，利用有限元分析方法建立桥架的有限元模型，按实际载荷分布进行加载、求解，能够获得实际的承载状况，具有快捷、方便和求解结果相对准确等优点。由于起重机在工作过程中，运动状态经常发生变化，存在着诸多不稳定工况，主要包括载荷离地起升、载荷空中起升时对结构产生附加动载荷的作用，载荷起升过程中制动、载荷起动下降、载荷下降过程中制动、突然卸载、行走时冲击及碰撞、小车起动和制动等，在这些工况下起重机的结构和机构都受到不同程度的冲击和振动影响，这种冲击产生的动载荷是多种动载荷的主要载荷，也是起重机设计时的主要载荷之一，对疲劳计算也有很大影响。采用经典力学计算时，对于复杂结构的计

10、算采用的假设和简化太多，导致结果的准确性较差，一方面整机结构或部分构件强度富余，另一方面重大结构件事故如结构断裂、臂架折断等仍时有发生。因此这是一种较为保守的方法Error! Reference source not found.。桥式起重机是非常大型化的设备，不可能做出样机进行试验，而模拟试验同样费时费钱，可行性较差。而现代的计算机设计技术将设计、建模、工程计算、数控加工程序等集成起来，可以准确的模拟实际情况。在起重机受力分析方面，随着起重机结构愈来愈向大型化、复杂化方向发展，有限元分析在起重机上也越来越得到广泛的应用。因此，本论文拟对桥式起重机桥架结构进行多体动力学仿真，对桥架运动特性进行

11、分析；通过多体动力学仿真分析提取各部件上的载荷，为各部件的静力学强度分析提供载荷依据。本文另一个主要研究内容是依据有限元法仿真对桥式起重机的桥架进行静力强度分析，为主梁端梁的结构强度的设计提供有力技术支持。二 主要参考文献1程凤. 基于ANSYS的岸边集装箱桥式起重机参数化仿真及疲劳分析 D.武汉， 武汉理工大学:机械设计及理论 , 2007.2钟斌. 基于吊重防摇控制的起重机快速对位关键技术研究D. 四川，西南交通大学:机械电子工程, 2007.3龚道雄. 基于SolidWorks的桥式起重机参数化设计D. 武汉，武汉理工大学:机械设计及理论, 2009.4文关俊. 基于有限元及断裂力学的起

12、重机结构的疲劳研究D. 武汉，武汉科技大学:机械电子工程, 2009.5周华祥. 大型轨道梁的承载能力分析及优化设计D. 武汉，武汉科技大学:机械设计及理论, 2007.6沈建.龙门起重机金属结构动力学分析：D.上海：上海海运学院，2003.27王小慧 程文明 杨春松等 起重机金属结构有限元分析的模型处理技术 西南交通大学 2006（9）8张纪元，钟怀茂岸边集装箱起重机起升动载系数的动力学模型及其解J上海海事大学学报，2006069 周银龙.起重机起升机构等效系统及动载性能的研究.硕士学位论文.上海：上海海运学院，1998.210夏拥军.塔式起重机结构动载系数及其相关性研究.硕士学位论文.哈尔

13、滨：哈尔滨工业大学，2002.611穆远东.水平臂式塔式起重机起升动载系数的研究.硕士学位论文.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2003.712赵广立，杨瑞刚等.基于Pro/E三维建模的桥式起重机桥架有限元分析13徐格宁.起重运输机金属结构设计.北京：机械工业出版社，199714M.J.Er,M.Zribi and K.L.Lee.Variable Structure Control of an Overhead Crane.1998.915须雷.桥式起重机国内外发展概况J.起重运输机械，1997, 3, 1216吴丽萍.我国起重机新技术的进展与国外发展动向J.山西机械，2002, 3, 515217

14、张朝晖.ANSYS8.0 结构分析及实例解析M.北京，机械工业出版社，2006，1318薛继忠，易传云，王伏林. 桥式起重机桥架结构的三维有限元分析J. 机械与电子，2004（8）：12-15.19禹海燕. 桥式起重机空腹式箱形主梁的有限元分析D. 太原：太原科技大学2008.20高继勇，王金诺等.桥式起重机动态分析与优化设计.机械设计.1994.6:13一1721胡宗武，阎以诵.起重机动力学.北京:机械工业出版社.198822王军，杜壮，王文娜.基于Ansys的桥式起重机主梁三维有限元分析.工业科技.2010,27(6)23杨金堂，周诗洋，李公法.基于Ansys的桥式起重机桥架结构有限元分析

15、24刘哲明.30t/42m门型起重机力学分析及结构参数优化D.长沙:中南大学，200725陈道礼.桥式起重机动态刚性的有限元分析.起重运机械.2005.:13-1526Xiangdong Li,Zhen Yang.Research On The Structure Optimization Design Of Bridge Crane.2011.27Hon Wai Chun,Rebecca Y.M. Wong.An Intelligent Crane Lorry Scheduling SystemJ. Applied Intelligence.2004,20(3)28罗婉霞.国外起重机制造业的

16、发展趋势及中国起重机制造业的现状J.机械开发，1999（2）：4-729温熙森等.机械系统建模与动态分析.北京：科学出版社.2004.830宿艳彩. 基于 ANSYS 软件的桥架结构的参数化有限元分析31Tong Minhui,Qiu Huiqing,Wang yuemin.Dynamic Simmulation for Crane to Vibration Control Base on the Conputer Information Technology.200932Zhao zhang-yan,Sun guo-zheng.Faults distribution of port cran

17、esmetal structureJ.Journal of Wuhan Transportation University,1999,23(6):679-68033GUEDES S C,GARBATOV YReliability of maintained，corrosion protected plates subjected to non-linear corrosion and compressive loadsJMarine Struct，1999(1)：425-44534PAIK J KProbabilistic corrosion rate eatimation model for

18、 longitudinal strength members of bulk carriers JOcean Eng，2003，25(10)：837-860三 研究方案：3.1理论及技术基础3.1.1理论基础：A理论力学及相关理论。B机械设计及制造的相关理论。3.1.2技术基础：A三维制图技巧及仿真技术，如Solidworks，Solidedge等。B运动仿真及动力仿真技术，如adams。3.2研究内容1）根据桥机桥架结构二维图纸，对桥架结构进行适当的简化，建立三维模型。2）运用adams软件建立起吊用钢丝绳，定义各个构件的材料参数与各构件间的连接副。 3）对多种不稳定工况如：载荷离地起升、载

19、荷空中起升时对结构产生附加动载荷的作用，载荷起升过程中制动、载荷起动下降、载荷下降过程中制动、突然卸载、行走时冲击及碰撞、小车起动和制动等进行多体动力学仿真分析，获得桥式起重机各种工况下的运动速度、位置和关键部件上的受力情况。3）撰写和完成毕业设计论文3.3研究方法3.3.1三维solidworks几何模型创建桥式起重机的金属结构（桥架）主要由主梁、端梁、栏杆、走台、轨道和操纵室等构件组成。为了便于有限元的分析，对桥架结构在不影响精度的情况下适当简化，省去了梯子、栏杆、走台和导电架等构件。其二维CAD图如图3-1所示： 图3-1 桥式起重机桥架结构二维CAD图根据二维AutoCAD图纸，在so

20、lidworks软件中建立三维桥式起重机桥架模型。3.3.2三维多体动力学仿真模型创建做运动特性分析时，将三维solidworks模型导入adams仿真软件中，检查模型完整性。根据实际起重设备情况，添加关节和约束，构建三维动力学仿真模型。静态强度和动态冲击相应分析时，将solidworks模型导入Marc有限元软件中，查看模型完整性，之后进行模型检查和网格划分，设置材料信息和单元属性，定义约束类型和连接关系，添加相应载荷，得到完整的有限元仿真模型。3.3.3载荷数据提取和构建3.3.3.1静力学载荷计算1. 自重载荷自重载荷是指桥架结构及小车结构及其附属结构与设备(如小车供电装置、起升机构、小

21、车罩等)的质量引起的重力，其直接作用于桥式起重机的金属结构上。桥架结构的自重通过施加竖直方向上的重力加速度予以考虑。由于建立桥架结构的有限元模型时对实际结构进行了不同程度的简化，如不考虑梯子、栏杆、小车供电装置等结构，使得有限元模型的质量必然小于桥架结构实际的质量，计算时需要根据实际情况进行修正。2. 起升载荷起升载荷是指所能吊起物品的最大重力，俗称额定起升重量。可更换的取物装置如吊具、抓斗等包括在起升载荷内，但吊环、吊梁等取物装置的重量不包括在起升载荷内。在进行有限元计算时桥式起重机的起升载荷以小车轮压的形式作用在桥架结构主梁上，计算时必须考虑起升载荷动载系数的影响。在进行小车轮压计算时，小

22、车架视为刚性支架。3水平惯性载荷水平惯性载荷是指桥式起重机的大车运行机构和小车运行机构起动和制动时引起的水平惯性载荷。桥式起重机大(小)车制动时引起的小车水平惯性力以集中力的形式作用在小车轮压处，而通过对桥架结构有限元模型施加全局水平加速度的方式考虑大车水平惯性力的影响，计算时必须考虑惯性载荷系数的影响。 4偏斜运行侧向力起重机偏斜运行产生的侧向力对局部的应力影响不可忽略。实际结构中，偏斜运行侧向力作用于大车车轮上，处理方法是在与大车台车连接的下横梁底座的连接板所有节点上施加同方向的水平侧向力以及由于力平移产生的弯矩。3.3.3.2动力学载荷计算起重设备工作时有一个共同的特点，那就是需要经常启

23、动和制动。重物悬吊在空中起动时，由于金属结构、钢丝绳以及传动机构为弹性系统，使他们受有动力载荷。在某些情况下，机械系统会引发剧烈的冲击和振动，比如当机器在启动、制动或突然改变工作状态。因此根据这些工况可以来确定起重设备的动力学响应，即在启动、制动或者工作状态突然变化时系统的运动规律，对桥架结构进行力学分析，确定各机构启动、制动情况下的动载荷。3.3.4起重设备运动特性分析 1.三维solidworks模型的建立，虚拟装配 2.转换成Adams机构模型 3.添加运动约束和外部载荷 4.建立输出构件动力学参数提交分析结果3.4预期成果 （1）建立桥式起重机桥架结构三维solidworks模型（2）对桥架结构进行运动特性分析（3）通过有限元分析得到桥架结构静强度相应分析毕业设计（论文）进度安排：序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注1文献调研及相关软件学习2012.22方案设计与校核并撰写开题报告2012.33建立桥式起重机桥架三维模型与仿真模型2012.4-2012.54进行仿真模型分析2012.5-2012.65论文撰写与准备答辩2012.6指导教师意见：指导教师签名： 审核日期： 年 月 日