【《3T门式起重机的设计与有限元分析》10000字】

3T门式起重机的设计与有限元分析TOC\o"1-4"\h\z\u摘要 1关键词 11前言 21.1引言 21.2研究背景 21.3研究内容与方案论证 41.3.1现有问题的研究 41.3.2解决方案的确定 41.4研究目的及产品技术指标 523T门式起重机整体设计 62.1工作原理 62.2主要机构设计 62.2.1起升机构设计 62.2.2运行机构设计 82.2.3整体机构设计 103计算与仿真 113.1起升机构的选型计算 113.1.1整体设计参数 113.1.2滑轮组设计 113.1.3滑轮，卷筒的计算 123.1.4根据静功率初选电机 143.1.5减速器的选择 143.1.6制动器的选择 163.1.7电机发热计算 163.2小车运行机构的计算 163.2.1电动机的选择 163.2.2减速器的选择 173.2.3制动器的选择 173.3横梁强度校核 183.3.1尺寸信息 183.3.2横梁几何特征 183.3.3强度校核 18234343T门式起重机关键结构的有限元分析 20182194.1有限元原理介绍 20225914.2横梁有限元分析 20213314.3支腿有限元分析 27266505结论 29参考文献 31PAGE1【摘要】：起重机作为物体搬运的主要设备和工具，基本上是一种可以实现物体的垂直提升和水平移动的机械结构，主要是提升结构，驱动单元，移动机构和控制装置。它由一个系统组成。起重机可以显着提高生产能力，降低劳动强度，减低生产成本，提升运输效率，并加快物料旋转速度。随着工业化的发展，龙门起重机的轻量化，大吨位，低振动和低噪音已成为必然的发展趋势，新型，更实用的起重机的设计已成为新的课题。本文研究了一个简单的3T门式起重机的设计，它由三个部分组成：机械部分，结构部分和电气部分。通过数据查询，使用有关机械设计和机械原理的理论知识进行机械结构的总体规划和草图设计。利用材料的强度和其他相关知识来识别和确定结构参数的强度和刚度，并使用Ansys对主要结构（如主梁和支腿）执行静态分析。带有CAD的简单3T起重机的完整3D模型设计和2D图纸设计。这包括总装图，设计里的各种零件的图及它们的组装图。【关键词】：门式起重机，结构设计，选用计算，受力分析，有限元分析1前言1.1引言起重机的使用能够极大提高生产能力、降低劳动强度、减低生产成本、提高运输效率、加快物资周转，因此在发电厂、核电站、码头、港口、隧道、桥梁、水利、建筑等行业被广泛使用。起重机的装备对国家机械自动化水平的提升有着积极意义，由于其应用领域之广，在现代化生产中占有着重要地位[1]。为解决国内门式起重机设计中一般存在的成本较高、质量偏重、耗材较多的缺点，对起重机的金属结构进行改进设计，并进行参数化有限元分析和结构优化的研究思路。此3T门式起重机整机设计可以确保起重机的工作性能，促进整机轻量化，减低生产成本，提高起重机的设计质量和设计人员工作效率，有着一定的研究价值[2-5]。1.2研究背景我国起重机运输业的发展相对较晚。经过40多年的发展，特别是近10年的快速发展，才达到了相当的规模和一定的水平，形成了完整的研究、设计、生产和制造体系。在机械工业领域，起重运输机械的重要性日益显现，已成为一个独立的行业。其重要贡献之一是为我们国家的重点大型工程提供了成套的大型设备。但与世界先进水平相比，在性能、质量、品种等方面还存在着较大的差距。当今，在全球一体化市场的大环境下，起重机行业竞争变得尤为激烈，我国起重机制造业面临着机遇与挑战并存的新形势，在这种情况下，发展与创新显得十分重要[6]。门式起重机作为一种重要的物流运输设备在工业中得到了广泛的应用，全球对门式起重机的需求也在不断增加。起重机制造企业急需提高门式起重机的设计和生产效率。目前，我国起重机设计正在朝着个性化、智能化、便捷化方向快速发展。基于不同使用环境，门式起重机分为港口门式起重机，水力门式起重机，集装箱门式起重机，装卸桥和普通门式起重机。要设计的项目是一台通用龙门起重机。普通门式起重机有很多类型，但是根据主梁的结构，它们分为单箱式主梁门式起重机和双箱式主梁门式起重机，框架结构主梁龙门起重机。当龙门起重机卡车使用电动葫芦时，它被称为单梁电动龙门起重机。单梁电动起重机可以在货运场中用于低货物运输。它具有结构简单，启动迅速的优点。它的缺点是速度慢，起重重量通常少于十吨。当单梁龙门起重机使用久负盛名的货车时，称为单梁龙门起重机。由于副臂具有不同的形状，因此它们可以分为单个主梁L形和单个主梁C形龙门起重机。带主梁的L形龙门起重机的起重车主要接管带有垂直换向辊（2个枢轴点）的卡车，带主梁C型的龙门起重机的托盘车主要使用水平滑轮（3个枢轴点）电车。垂直防侧倾车具有简单的结构并且易于维护，但是声学机构启动并且在垂直方向上以较大的跳动制动。卧式防滚架在工作过程中相对稳定，但不实用。相关技术的进步和全球市场竞争的加剧大大提高了起重机的技术含量[7-9]。近年来，起重机行业的发展趋势如下[10-15]。轻型建筑的发展，高速且节能。随着科学技术的进步，工业生产规模的扩大和生产效率的提高，提倡一些起重运输机械，以实现轻型，高速的发展。可靠性和能耗要求更高的要求。（2）自动化，智能化和信息化的发展。起重机的快速发展在一定程度上受益于电气控制技术的发展。通过将先进的技术（如机电设备组合，机电液压组合，微电子技术，光缆技术和模糊控制技术）应用于机械产品的驱动和控制，大大提高了起重机的自动化程度和智能程度。（3）进行模块化，组合，序列化和泛化的开发。模块化结构取代了传统的全机设计方法。通过将不同的模块组合在一起，您可以将有限数量的零件和不同类型的模块组合为各种多功能多系列产品。产品制造成本降低了产品数量，提高了产品通用性，充分满足了不同客户的需求并实现了高效的专业生产。日本，英国，法国，美国和德国的著名起重机制造商正在采用起重机的模块化结构设计，并取得了巨大的优势。（4）向小型化，简化和多样化的方向发展。为了实现有效的生产工作，实际上，存在大量的起重和运输机器，它们在一般情况下使用，例如车间和仓库以及其他一般情况，并不是手动操作。这项工作并不难，这种类型的起重机具有批量大小，具有广泛的应用范围。为了降低制造成本并最大程度地提高实用性，需要减小这种类型的提升和运输设备的尺寸和规格，并且需要简化结构。现在，全世界各行各业都在飞速发展。我国尚处于建设阶段，由于基建的推进，起重的运输机器的需求量也在不断扩大。生产规模越来越大，自动化的程度也日益提升。

德国的起重机行业很发达，技术也很先进。是重型运输机械的出口大国。其重型运输机械的总产值排在机械制造业的各类产品中第一位。另外，日本和美国也是生产重型运输机械的大国，在设计技术和设计理念上，都长期处于世界先进水平[16]。1.3研究内容与方案论证1.3.1现有问题的研究目前，门式起重机作为现场主要生产设备，其运行速度快，工作效率高，躺在车间、仓库等场所的上方，对对象物料进行起吊、搬运等操作。

随着世界起重机市场需求的增加，我国许多中小企业至今仍在对起重机的设计采用传统的手动计算设计方法。

而且很多设计者在设计过程中根据原起重机的图纸部分修改，获得了客户所需的新机型。与从初始状态开始设计的方法相比，可以节省更多的时间，但在这个设计过程中还存在一些机构、结构性能不能完全符合使用要求等问题。因此，起重机的设计周期仍然很长，对一些中小企业未来的生存和发展有很大的阻碍[17]。国外起重机行业已经十分成熟。经过长时间的技术创新和积累，如德国的德玛德、美国的格鲁夫、芬兰的科尼、法国的帕托、日本的奥地利等，形成了新的设计方法。产品组合化、模块化、标准化的设计方法，形成了一系列轻组合、模块化设计的起重机成品，处于世界一流。在小型起重机的设计领域，中国已经处于世界领先水平。关于起重机的设计，很多大学和学者结合了有限元法、模拟和虚拟设计等现代设计方法进行了更深的研究。建立了整机的三维有限元模型。通过模态分析、谐响应分析和静力分析，得出各关键部位的动力系数，为结构设计提供依据。这些现代设计方法提出了新的设计思路和计算分析方法，对起重机金属结构的改进具有十分重要的指导意义[18]。1.3.2解决方案的确定为了确保起重机的安全，起重机本身必须具备三个基本条件：（1）金属结构和机械部件应具有足够的强度、刚性和稳定性。（2）全机具有一定的反倾稳定性。（3）发动机具有满足工作性能要求的电力，刹车装置提供必要的制动扭矩。设计起重机需要通过计算确立或检查这三个基本条件[19]。本文对3T门式起重机的整机设计包括以下几个方面：整体规划、结构理论分析与建模、优化设计、三维建模、二维参数绘图、有限元分析。（1）整体规划。根据3T起重量、提升高度为2.5米的设计要求，并且整个传动过程比较平稳，整体结构简单，拆装方便，维修容易的设计要求，通过查阅相关文献，了解起重机设计背景和设计方法，确定设计思路，确定电气元件的选用。（2）结构理论分析与建模。利用相关的机械理论知识，对起重机主要部件：主梁、L形支腿、走台、起重小车、升降机，在CAD中进行草图设计与模型建立。（3）优化设计。利用材料力学、工程力学等相关知识，对草图参数进行优化和修改。针对结构进行力学模型分析，然后将载荷、内力、强度、刚性、稳定性等计算。对通用门式起重机的主要截面尺寸进行优化，即板厚、板宽、板高等进行优化，最终确定最优解。（4）三维建模。根据设计数据在CAD中完成对3T简易起重机的整体三维建模。（5）二维参数绘图。完成3T简易起重机的二维图纸设计，包括总装图、各部装图、各非标件零件图。（6）有限元分析。利用Ansys对关键结构进行参数化建模，如主梁、只腿等进行静力学分析，验证结构参数设计可靠。1.4研究目的及产品技术指标经过学习和探讨，根据实际设计需要，该简易起重机的整体设计参数随后：Q主=3T跨度为5m起升高度：主钩H主=2.5m拟基于以上设计参数，对起重机进行结构设计及电气选型，并校验设计参数可靠性。具体设计内容如下。23T门式起重机整体设计2.1工作原理门式起重机一般由主梁、支腿、小车机构、大车机构等部件组成，主梁根据其结构可以分成实体构件和格形构件两种，实体构件主梁一般可以分为用板焊接主梁和整型主梁，整型主梁主要由工字钢、角钢和槽钢等钢材作为主梁主体，一般用于载重不大的小型起重机；板焊接主梁主要由翼缘板与腹板焊接成厢式结构，一般用于载重较大起重机。格形构件主梁一般是由管形结构或角钢通过焊接或销连接的形成桁架结构的主梁，一般用于经常拆卸的门式起重机[20-21]。支腿的选择，门式起重机的支腿可以分为柔性支腿和刚性支腿，在国内，当起重机的跨度大于30米时，应该选用一个柔性支腿和一个刚性支腿，这种支腿配合方式可以有效的减小温度变形和起重机的倾斜引起的误差，当起重机的跨度小于30米时，应该选择两个刚性支腿。在国外，一般采用一个刚性支腿和一个柔性支腿。小车机构一般包括载重小车和起升装置，载重小车一般由电机和小车钢结构组成，起升装置一般由电机、卷筒和钢丝绳组成，小车机构的主要功能是起吊重物以及将重物横向移动[22]。大车机构一般由大车行走机构和轨道组成，大车行走机构由大车主体钢结构和大车车轮组成，轨道一般由两条工字钢制造而成，要求轨道必须平行来确保车轮不会发生啃轨现象，大车机构主体通过轨道实现门式起重机整机的纵向移动。门式起重机应用很为广泛，特别是在室内外设备、物料场的装卸、设备的安装和吊装配合等。由于其装配、维护起来比较方便；安装、拆卸周期相对较短，适合频繁拆装、转场的电力建设施工；相对于汽车起重机、履带起重机而言，台班价格低、工作效率更高、范围更广[23]。2.2主要机构设计通过上述门式起重机设计的选择，跟设计总体参数Q主=3T，跨度5000mm，起升高度：主钩H主=2.5m的设计要求，利用三维建模软件，设计起重机各部件结构如下。2.2.1起升机构该起吊装置的设计参考了电葫芦的构造。为实现起升功能，拟采用吊钩为工作部件，为实现起吊过程，拟采用具有柔性且强度合适的钢丝绳作为连接。经过设计，其驱动装置为电动机、传动装置为减速器、制动装置为制动器，钩取起重装置由吊钩、滑轮、钢丝绳、链条、卷筒、链轮组装而成。图13T门式起重机起吊装置简图该设计常称为起重葫芦，由于常用电力作为动力源而称为电葫芦。其工作原理为，在接通动力源时，电动机转动通过传动装置，带动起吊装置回转收绳，从而抬高目标物品。图23T门式起重机起吊装置建模图2.2.2运行机构选择双梁结构的架构。这个设计由小型车的框架、升降机构和小型车的行驶机构构成。升降机构设置在小型车架的平台上。小型车的行驶机构由电动机、带制动器的齿轮联轴器、减速器、驱动轴和轮对等构成。小型车的行驶机构的传动形式一般是集中驱动，即使用马达、刹车、减速器驱动行驶轮。其传动过程；马达→齿轮接头→减速器→齿轮→联轴器→螺旋桨→轮。工作的原理是，启动重型小型车的行驶机构，马达通过电，刹车松开刹车，动力通过联轴器将动力输入减速器，将马达的高转速低的扭矩转换为低转速大的扭矩。所以减速器不仅起到减速作用，还起到增大扭矩的作用。减速机的低速轴输出的扭矩通过传动轴，驱动车轮在轨道上滚动，可以使笨重的小型车、吊重侧向小型车的轨道上移动。图33T门式起重机小车行走机构简图1—电动机2—制动器3——减速箱4—传动轴5—联轴器6—角轴承箱7—车轮图43T门式起重机小车行走机构建模图该运行机构设计参考现有的设计机构，通过电动机带动，由制动器、减速器的协调控制，通过传动轴、联轴器、角轴承箱的传动，使得车轮能够在轨道上左右滑行，并带动起吊装置进行移动。2.2.3整体设计起吊方向起吊方向机器运行方向小车运行方向图53T门式起重机整体装配建模图机器运行方向小车运行方向该简易起重机整体结果示意如图所示。该设计通过工字支腿支撑的双横梁上有完成起重功能主要的起升机构和小车运行机构，在横梁上实现起吊和左右平移功能。在工字支腿下有滚轮设计，方便了机器整体的移动，增强了设计的机动性。同时在滚轮前端设计电机，便于推进和操控，实现了整体的六个自由度的移动。3计算与仿真3.1起升机构的选型计算3.1.1整体设计参数①总体参数Q主=3000kg跨度5000mm起升高度：主钩H主=2.5m工作制度：主起升级别重级（JC%=40）小车运行工作级别中级（JC%=25）大车运行工作级别中级（JC%=25）②工作速度主起升速度V=18m/min（轻载）V=9m/min（重载）小车运行速度V=12.5-35m/min大车运行速度V=2.35-23.5m/min③估计小车自重0.8t小车轮距K=1400mm小车轨距L=1000mm3.1.2滑轮组设计①采用双联滑轮组主起升机构滑轮组倍率m=4承载绳分支数Z=2m=8钢丝绳所受最大静拉力：Smax=其中：Q——起重量；3000kgQ钩=90kg；Q钩——取物装置自重，吊挂挂架的重量一般约占额定起重机重量的2-4%；m——滑轮组倍率；n组——滑轮组效率；取0.975S②钢丝绳的选择S丝≥其中：n绳——钢丝绳安全系数；α——钢丝绳折减系数。得，

S对于重级工作类型n绳=6钢丝绳型号选用，查钢丝绳产品目录表，可选用6W(19)-7.7-140-I-Z，GB1102-74，详细参数见表3-1：表3-SEQ表3-\*ARABIC1钢丝绳的破断拉力钢丝绳直径/mm钢丝直径/mm钢丝绳抗拉强度/mpa1400155017001850钢丝绳破断拉力总和6.20.420.0022.1024.3026.407.70.531.3034.6038.0041.309.30.645.1049.0054.7059.6011.00.761.3067.9074.5081.103.1.3滑轮、卷筒的计算①滑轮、卷筒最小直径D≥（e-1）d绳（3-3）其中：D——卷筒和滑轮的名义直径；e——绳轮直径比。取D=300mme=32，得D≥（32-1）×7.7=238.7mm②卷筒长度和厚度的计算L双=L0=(其中：Hmax——最大起升高度，2.5m；Z0——钢丝绳安全圈数，取Z0=3；a——绳圈节距，a=d取a=11，有D0D0—卷筒的计算直径；D1参考同类型起重机D1=310mm；L光参考同类型L光=145mm；L1=5a=60mm；L2=3a=33mm；LL取L双=520mm；根据卷筒参数手册，取卷筒材料采用Ha200；其壁厚可按经验公式：δ=0.02D+（6~10）=12~16；取δ=16mm；③卷筒速度n重=其中：V重——重载起升速度，取9m/min；in——起升部分得传动比，取in=1。得n④强度的计算σymax=其中：σymax——最大压应力；δt——卷筒壁厚；[σ]y——许用压应力代入计算，得：

σ≤[σ满足要求由于L0＜3D一般不需要计算有弯曲力矩产生的拉应力。3.1.4根据静功率初选电机Pj=其中：Q——满载时吊钩和货物的总重；Pj——起升机构静功率；η0——电机效率，取0.91；V——起升速度（重载）代入计算得：P初选电机功率Ne≥Kd×Pj=4.5kw其中：Ne——电动机额定功率；Kd——起升机构按静功率初选电机的系数；查电机产品目录，在JC%=40时，选用YZR-132M2-4型，见表3-2：表3-2电机产品目录机座号额定功率-极数额定转速rpm额定电流/AJm/kg*m最大转矩倍数112M2.2kw-4P13265.530.0222.4112M1.5kw-6P9334.520.0222.4132M13.7kw-4P1365130.0592.4132M25.5kw-4P13785.90.0642.4额定功率P=5.5kw，转速n=1378r/min，转动惯量Jm=0.064kg·m23.1.5减速器的选择①减速器传动比i0=n电/n重=1378/40=34.5②减速器型号的选用根据传动比i0=34.5，电动机功率P=5.5kw，n=1378r/min工作级别重级可选用ZSC(l)-400-I-2，见表3-3：表3-3减速器型号参数型号中心距/mm中心高/Hh压力/Fn转矩[a]/N·m传动比iZSC300300130100001500025.61ZSC400(L)400150150002000049.86ZSC(I)400170150002000035.1传动比i=35.1，[F]=15000N，[a]=20000N·m检核减速机被动轴端最大径向力：Gmax=0.5×(a·Smax+Ga)≤[F]（3-9）其中：a——卷筒上卷绕钢丝绳的分支数，取2；Ga——标准径向力，查减速器手册为677.3N。得，Gmax=3886.3+0.5×677.3=4225N≤[F]，可行校核amax大小amax=0.75Ψ·ae·i0·n0<[a]ae=955×5.5÷1378=38.12N·m其中：i0=34.5，n0=0.95；Ψ——电动机的最大力矩倍数，取2.4；ae——电动机的额定扭矩；[a]——许额定扭矩。得，amax=0.75×2.4×38.12×34.5×0.95=2248.9N·m小于[a]，验证可行③检验速度变化V实际=∆满足要求3.1.6制动器的选择Tz≥其中：Tz——制动器制动力矩；Kz——制动安全系数。T根据以上的计算制动转矩，可选YWZ-150/25，见表3-4：表3-4制动器型号参数制动器型号匹配推动器制动力矩/N·m退矩/N·m重量/kgYWZ-100/18YT-182B/2400.620YWZ-150/25YT-252B/41000.626YWZ-200/25YT-252B/42000.730制动轮直径150mm，最大制动力矩100N·m，满足上述要求。3.1.7电机发热验算Ps=G其中：Ps——稳态平均功率；G——稳态负载平均系数；Q0——最大起重重量加吊钩重量。P3.2小车运行机构的计算Q=3t工作制度=中级JC%25小车运行速度12.5m/min车轮数4个（2个为驱动轮）估计小车自重0.8t小车轮距K=1400mm小车轨距L=1000mm3.2.1电动机的选择车轮直径250mm轨道型号P11Fj=Fm+Fp，查资料取Fj=350N其中：Fj——静阻力Fm——摩擦阻力Fp——坡道阻力P（3-13）其中:Pj——电动机静功率；V0——重载速度，0.9m/min；m——滑轮组倍率，取1。电机初选P=0.08×3=0.096kw见表3-2，选用YZR112M-6，有n=815r/min，功率1.8kw，转动惯量Jm=0.11kg·m2P(3-14)其中：Ps——实际功率；G——稳态负载平均系数；V——起升速度。得，Ps=0.065kw

3.2.2减速器的选择P（3-15）其中：φ8Pn——平均功率；[P]——额定功率。P见表3-3，选用ZSC(L)-400-JV-2，有i=49.86，[a]=20000N·M符合设计要求3.2.3制动器的选用tz=[（Fp−Fm）·D×n]/（2000i·m）+[0.975·V^2·n/9.55]（3-16）其中：tz——制动时间；D——卷筒和滑轮名义直径；i——传动比。得，tz=4.2s见表3-4，由YZW-100/18，制动力矩40N·m，制动轮直径100mm3.3横梁强度校核3.3.1尺寸信息横梁及支腿材料：Q235钢，E=200GPa，σp=200MPa，[σ]=120MPa图63t简易起重机横梁尺寸示意图3.3.2横梁几何特性面积A=2180.64mm2静面矩Sz’=113890.0948mm3，Sz=152899.5007mm3惯性矩Iz=49326448.55mm4，Iy=6937669.093mm4截面系数Wz=277426.5948mm3，Wy=54627.31569mm33.3.3强度校核①当小车满载位于跨中时图8小车满载于跨中时横梁受力分析Fc=FD②当小车满载位于边缘时图8小车满载于边缘时横梁受力分析F1=F2=5150.25N（小车对横梁的压力），FA·5000=F1×1100+F2·3900，得FA=9167.4N，FB=1133.1N，满足要求。

43T简易起重机关键结构的有限元分析4.1有限元原理介绍在实际工程计算中，传统计算方法的误差会因人为因素造成，过于简单的边界条件和和结构模型也会导致计算结果与实际数值相差较大，因此计算结果的精度不高。根据工业发展的需要，提出了有限元法。自上世纪初有限元思想提出以来，经过长时间的发展，有限元方法的应用已经扩展到流体力学、导热学、电磁学等领域。理论上也比较完善。随着计算机技术的不断发展，研究人员开发了Ansys、Abaqus等优秀的有限元软件[23]。有限元法是以计算机为手段，以变分原理为理论基础发展的近似计算分析方法，将连续结构分割为有限数量的离散单元近似于整体，对于复杂的结构和问题的分析是非常有效的工具其基本思想是将连续结构离散成由有限元组成的离散体。各单元通过节点连接，实现负载的传输，对各单元的交接面进行位移调整，通过力的平衡条件构建线性方程组，求各单元和节点的应力和位移[24-27]。金属结构是门式起重机的重要结构支撑，承担着承受和传递各种工作载荷、自然载荷和自重载荷的作用，占整机总重的六成以上，且它的使用时间将直接决定门式起重机的工作寿命。本论文以3t简易门式起重机的金属结构为研究对象，釆用有限元软件Ansys对其进行参数化建模，并进行静态分析，观察其不同工况下受力情况，验证设计可行。在起重机的静力分析中，就起重机的强度失效形式而言，主要有屈服和断裂两种。相应的强度破坏理论也可分为两类。第一类是用力来解释断裂破坏，分别对应于最大拉应力理论和最大伸长线理论。第二类用于解释屈服破坏，对应于最大剪应力理论和变形能密度理论。这是材料力学知识中的四种强度理论。4.2横梁有限元分析起重机主梁结构是整机的重要组成部分，其强度和刚度对整个起重机的安全性和性能有重要影响。因此，为了确保整个设备的安全可靠，利用有限元分析软件对主梁结构进行强度和刚度分析是非常必要的。分析结果比常规计算方法更加准确可靠，能得到常规方法难以获得的局部应力和变形分布规律。4.2.1小车满载位于中间位置根据工况设计，在Ansys软件中具体操作流程如下：（1）定义单元类型图6横梁单元类型设定（2）设置单元选项：默认情况下Elementbehavior只输出扭转切应力，不输出剪力产生的切应力，因此，需做如下修改，改成三次形函数和输出剪应力。图7横梁单元选型的设置（3）定义截面图8横梁模型截面的设置（4）设置材料属性图9横梁材料属性设定（5）其余参数确定图10横梁在Ansys中相关设定（6）确定材料属性选用Q235钢作为横梁和支腿的材料，弹性模量E=200Gpa，泊松比v=0.3，比例极限σp=200mpa，许用应力（7）建立几何模型并施加约束与作用力图11横梁在Ansys中几何模型与约束由理论计算可知，在横梁两端施加约束，在（0，1950，0）、（0，3050，0）两点处施加力，进行求解（8）求解图12起重机横梁中间满载正应力求解云图由上图可以看出，最大正应力位于横梁跨中下部，其值为σmax图13起重机横梁中间满载切应力求解云图图14起重机横梁中间满载挠度求解云图由上图可知，挠度最大处位于横梁跨中，其值为y中（9）对结果进行分析由理论计算及仿真分析结果可知，横梁中的剪应力非常小，可以忽略不计。接下来分析正应力及挠度。表4-1仿真结果与计算结果比较正应力（MPa)挠度（mm)理论计算结果72.45.072有限元仿真结果72.4015.38644有限元结果与理论结果比较的误差0.0014%6.19%由上表可以看出，理论计算的结果与有限元仿真的结果较为符合，说明仿真的结果比较可靠，同时，正应力及挠度都小于许用值，说明强度及刚度都满足条件。4.2.2小车满载位于边缘位置仅受力点不同，其余部分与上面一致。求解结果云图如下所示：图15起重机横梁边缘满载正应力求解云图由上图可以看出，最大正应力位于横梁跨中偏左位置的下部红色区域，其值为σmax图16起重机横梁边缘满载切应力求解云图图17起重机横梁边缘满载挠度求解云图由上图可以看出，满载小车位于边缘位置时的正应力及挠度明显小于满载小车位于跨中时的正应力及挠度，所以符合要求。4.3支腿有限元分析针对支腿部分受力的有限元分析操作流程，如上述对横梁的分析过程，得到求解结果如下：图18起重机支腿在Ansys中模型图19起重机支腿正应力求解云图由上图可以看出，最大正应力位于支腿上端横梁中部红色区域，其值为σmax=43.9032MPa图20起重机支腿切应力求解云图图21起重机支腿挠度求解云图最大挠度位于支腿上端横梁的两端红色区域，其值为y边缘=0.577406

5结论总结下来，本文主要工作包括：针对已经设计的工况下，参考现有的门式起重机结果设计并根据实际数据，设计一种简易的门式起重机机械，能够实现要求的举重、跨度和提升功能。并在Solidworks完成对其各关键零件的三维建模和组装。其中结构重点选用了双横梁，工字支腿，并在只腿上设计滑轮，从而实现六个自由度的运动。除此之外，确定了相关设计结构的具体尺寸，并完成对应的二维图纸。针对起重机的各电气元件，进行了计算和选型，验证其型号使用合理。最后在ANSYS中进行建模并分析计算，对双梁门式起重机的强度、刚度进行验证。结果表面该设计能完成相应工作，设计可靠。该3T小型门式起重机整机设计可以保证起重机的工作性能,促进整机轻量化,减低生产成本,提高起重机的设计质量和设计人员工作效率,因此具有重要的意义。

参考文献[1]JiaoQianqian，QinYixiao，HanYuehuang，GuJinpeng，ChengYumin.ModelingandOptimizationofPullingPointPositionofLuffingJibonPortalCrane[J].MathematicalProblemsinEngineering，2021，2021.[2]梁东毅.桥门式起重机检验中遇到的问题及应对措施探讨[J].科技经济导刊，2021，29(10):66-67.[3]陈紫阳.轮胎式集装箱门式起重机取电小车优化改造[J].珠江水运，2021(01):43-44.[4]王仁强.现代物流条件下装卸机械设备保障探究[J].中国设备工程，2020(24):63-66.[5]杨维，凌涛，彭学军，孙凯敏.一种小型简易门吊装置及其应用[J].工程技术研究，2020，5(24):113-114.[6]沈兰华，范开英，任师道.桁架门式起重机制作关键技术研究[J].建筑机械化