基于ANSYS的起重机吊钩有限元分析

1、Equipment Manufactring Technology No.2，2011吊钩是起重机的重要承载构件，也是最广泛使用的取物装置，其性能直接影响到起重机作业的安全，一旦吊钩发生损坏，将会造成人员伤亡或重大经济损失。国内现阶段分析吊钩问题的主要方法，是将吊钩简化为一个平面模型进行分析。该模型是对实际结构在特殊情况下的简化，即将一切现象都看做是在一个平面内发生的，这与实际工作情况存在一定的差异，并不能全面的反映空间物体的本质。因此，需要用更加精确和先进的方法，来处理此类问题。 本文采用建立三维模型的方式进行分析，以弥补平面模型所带来的不足。其研究的对象为国内某30t 轮胎式起重机所用使用

2、的25号吊钩（材料DG20Mn ，工作级别M7，锻加工后退火处理，清理氧化皮，其硬度HB 156，材料的化学成份和机械性能，必须符合GB10051.1-88的规定）。分析流程如图1所示。1模型的建立1.1三维模型的建立建立三维实体模型，是对工程实际问题有效的模拟和仿真的过程，能较真实的反应研究对象的具体结构形式，以及其具有的特性。由于吊钩是变截面的曲梁式结构，通过ANSYS 直接建模过程复杂，耗时较多，因此通过更强大的实体三维软件Soild Works 建立吊钩实体模型，其模型如图2所示1.2ANSYS 模型的建立图2所示的三维模型并不能直接进行有限元分析计算，与我们是要需要模型有一定的差异。

3、因此通过soild works 生成IGES 模型文件，然后导入AN-SYS ，并进行适当的完善，使模型更加合理（此处忽略倒角，螺纹线等不影响整体模型的部分），其模型如图3所示。1.3具体参数的设置在ANSYS 中，对模型赋予具体参数：弹性模量E =210GPa ；密度=7.85×10-6kg /mm 3；屈服极限333Pa ；泊松比=0.3；额定载荷为30t ，实际试验载荷为额定载荷的1.25倍，即37.5t （该载荷仅为试验载荷，在实际生产工作中，由于轮胎式起重机所固有的特点，实际载荷大多数情况要小很多）。基于ANSYS 的起重机吊钩有限元分析卢泽晖，胡吉全（武汉理工大学物流工程

4、学院，湖北武汉430063）摘要：根据吊钩特有的截面形式，提出了新的建模方式，解决了平面建模不能完全反映实体模型的本质等问题，采用ANSYS 软件对吊钩的强度进行有限元分析，介绍吊钩在试验载荷下的应力分布与应变情况，并为实际设计生产提供参考。关键词：强度分析；三维实体模型；有限元中图分类号：TH123文献标识码：A文章编号：1672-545X （2011）02-0044-03收稿日期：2010-11-05作者简介：卢泽晖（1985），男，湖北武汉人，硕士在读，研究方向：机械制造及其自动化。利用Soild Works 进行吊钩三维模型的建立通过Soild Works 导出模型，并生成ANSYS

5、模型细化模型重点研究部分并完善模型施加载荷与约束，并求解释分析数据，求出结论图1吊钩有限元分析流程图2Soild Works 模型图3ANSYS 模型44装备制造技术2011年第2期选用solid45单元，该单元用于三维实体结构模型，由8个节点组合而成，具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变的特征，可以获得简化的综合的微控选项。1.4施加载荷与约束由于该问题是一个非线性问题，需要大量的资源，能否理解到问题的本质特性，直接影响到建立的模型是否合理。本例中假设在吊钩的受力部位有一重物，受力方向垂直向下（该工况是计算静载荷的实验工况，不考虑吊钩的摆动） 。在实际中吊钩与吊钩梁是螺纹连接，因此

6、施加螺纹面的面约束，约束x ，y ，z 三个方向的位移。 2计算结果的分析2.1应力分布状况应力分布状况如下：由图4可知，最大应力位于吊钩向下弯曲处，由于载荷垂直向下，该截面是受到弯曲与剪切二力的合力，而吊钩内侧受拉应力，外侧受压应力，所以危险界面总是发生在内侧弯曲处，该处的应力最大，最大应力为=292MPa 。图5为吊钩内侧应力曲线，是吊钩内侧面由上至下各节点应力变化的曲线，反映了吊钩在受载时应力变化的总趋势。由图可知，应力由小变大，但是变化率开始时较小，而后渐渐变大，直到到达峰值，然后应力迅速减小。因此，如果仅考虑吊钩的强度问题，只有一段区间存在失效的问题，应重点关注此处。2.2应变云图分

7、析由图6可以看出，最大变形位于吊钩的前端，这是由于吊钩整体变形和下部弯曲变形的结果。但是变形量不大，只有1.67mm ，在实际工作中是不会产生太大影响。3结束语（1）起重吊钩是易损件，也是港口的常用设备，一旦发生断裂、坠落事故，极易导致重大的人身和设备事故。通过上述的模拟仿真计算，可以明确地捕捉到工作时的应力和位移分布情况，该结果与实际工作中发生的吊钩断裂实例，也是十分吻合的。因此需要对生产品质把关，严格遵照设计要求，同时定期对吊钩进行安全检验，必要时还可以进行可靠性评价，确保吊钩能安全作业。（2）ANSYS 和其他CAD 软件的结合使用，可用来建立更加满足实际的复杂三维模型，这种三维模型的分

8、析，较以前的二维简化模型分析，能获得更精确的解。参考文献：1张质文，王金诺，等. 起重机设计手册M.北京：中国铁道出版社，2001.2周宁. ANSYS 机械工程应用实例. M.北京：中国水利水电出版社，2006.3杜平安，甘娥忠，于亚婷. 有限元法原理、建模及应用M.北京：国防工业出版社，2004.图4应力云图350300250200150100500节点号等效应力（M P a ）图5内侧应力曲线图6应变云图45Equipment Manufactring Technology No.2，2011Design of PI Controller in Production Line about

9、 Motorcycle Ger-boxLUO Li-yuan 1，YAN Jin 2，YAN Qin-lao 1（1.Guangdong Communication Polytechnic , Guangzhou 510800, China ；2. Guangzhou Dayang Motorcycle Co. ，Ltd. ，Guangzhou 510800,China ）Abstract:in order to effective control the production line of motorcycle ger-box, the PI controller was design b

10、y using of cascading control mothed, and according to processing techinc of motorcycle ger-box, it was divided into 3section,and the PI controller were set in every workshop section, and the reasonable parameters were determined by iteration and simulation, the fluenc y of production line and robust

11、ness of control system are strengthened. Key words:motor cycle ; ger-box ; production line; control; majorization在频域上进行PI 参数的优化，决定的PI 控制器参数能够保证控制器在低频段具有最大幅值，仿真结果表明这种参数调整方法对扰动和过程噪声不敏感。参考文献：1Nishikawa,Y. et al., A method for auto-tuning of PID control parameters J.Automatica ，1984，20(3：321-332.2Ziegle

12、r,J.G. and Nichols,N.B., Optimum settings for automatic controllersJ.Trans. ASM E ，1942，64(4：759-768. 3A °str o 咬m,K.L.and H 覿gglund,T., PID controllers theory, design and tuning M.2nd edn ，Research Triangle Park ，NC :InstrumentSociety of America ，1995.4A°str o咬m,K.L., Panagopoulos,H., H 覿

13、gglund,T., Design of PI controllers based on non-convex optimization J.Automatica ，1998，34(5：585-601.5Radke,F. and Isermann,R., A parameter-adaptive PID-cont -roller with stepwise parameter optimizationJ.Automatica ，1987，23(4：449-457.6Zhuang,M.X. and Atherton,D.P.,Optimum cascade PID contro-ller des

14、ign for SISO systemsJ.IEE CONTROL ，1994，606-611. 7Schei,T.S., Automatic tuning of PID controllers based on transferfunction estimationJ.Automatica ，1994，30(12：1983-1989. 8Hopp,W.J., and Spearman,M.L., Factory physics:Foundations of M anu-facturing M anagement M.Burr Ridge, IL:Irwin ，1996!Based on AN

15、SYS Finite Element Analysis of the Wheel Crane HookLU Ze-hui, HU Ji-quan（Wuhan University of Technology ，Logistics Engineering College ，Wuhan 430063,China ）Abstract:According to hook peculiar interface form forward new modeling method ，Solve plane modeling cannot fullyreflect the nature of solid model. Using ANSYS software to hook the finite