800th桥式抓斗卸船机前大梁有限元分析(附件)【字数：12156】
摘 要摘 要随着经济的快速发展，人们对粮食、煤炭、矿石、等资源型干散货需求不断增加。此外又由于资源的分布不均匀，船舶运输为主的干散货国际贸易量日益增长，干散货运输朝着港口装卸专业化、船舶大型化的方向发展。在码头和港口的货物流程中，都必需由码头和港口前沿的机械设备从船舱内将货物取出来。桥式抓斗卸船机是目前世界上用于港口散货船接卸的主要机械设备。桥式抓斗卸船机具有安全可靠、运营成本低、适应性好等优点。桥式抓斗卸船作为码头和港口散货装卸的主要设备之一，卸船机的性能对散货卸船效率以及散货船停泊时间起着至关重要的影响。金属结构在桥式抓斗卸船机中是支撑整个机械的重要组成部分。在本文中介绍了卸船机整机的结构特点。我们通过对整机结构进行分析，发现卸船机各主要结构件都是由箱型截面梁组成，故在后续的工作中我们选择前大梁，一个具有代表性同样也是最复杂的结构进行有限元分析。本文以800t/h桥式抓斗卸船机前大梁为原型。利用ANSYS有限元软件建立桥式抓斗卸船机前大梁模型。根据卸船机工作时的不同种工况，分析了卸船机前大梁承受的不同种载荷。通过有限元分析软件对前大梁进行了较为系统的静力学和动力学仿真分析，完成了其强度计算并得到了其在不同种工况下的应力云图和位移图。根据应力云图和位移图可以得到在不同工况条件下前大梁的最大应力值和最大应力值位置，从而得出桥式抓斗卸船机的安全性能好坏以及为平时检修和检测找出需要重点关注的危险部位，给桥式抓斗卸船机的设计、使用、安全评估和定期检验提供一定的理论基础，此外可为散货码头和港口设计重要设备的性能提供参考。关键词桥式抓斗卸船机；前大梁；有限元分析；应力云图；位移图
目 录
第一章 绪论 1
1.1 桥式抓斗卸船机的简述 1
1.2 有限元的概况 2
1.3 课题研究的目的和意义 3
1.4 与课题相关的研究现状 4
1.5 本文主要研究内容 7
1.6 本文的研究思路 7
第二章 桥式抓斗卸船机前大梁有限元建模 9
2.1 引言 9
2.2桥式抓斗卸船机前大梁简要受力分析 9
2.3 有限元模型的建立 13
2.3.1 前大梁结构特点 13
2.3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
2 建立有限元模型 14
2.4 本章小结 17
第三章 桥式抓斗卸船机前大梁有限元分析 18
3.1 前大梁载荷情况分析 18
3.1.1 小车在前大梁上移动时 18
3.1.2 小车起吊加速上升时 18
3.1.3 小车起吊过程 18
3.1.4 受到风载 19
3.2 各工况下的模型计算与结果 19
3.2.1 移动载荷计算 19
3.2.2 冲击载荷计算 22
3.2.3 动载荷计算 24
3.2.4 风载荷计算 28
3.2.5 各工况计算结果分析 30
3.3本章小结 31
第四章 结论与展望 32
4.1 本文研究工作总结 32
4.2 存在的不足 32
4.3 进一步工作展望 32
致 谢 34
参 考 文 献 35
附 图 37
第一章 绪论
1.1 桥式抓斗卸船机的简述
桥式抓斗卸船机是码头和港口上重要的装卸设备之一。桥式抓斗卸船机的工作原理主要是通过抓斗抓起货物并在竖直和水平方向移动来完成相关作业。虽然桥式抓斗卸船机抓斗带载运行及装卸时容易撒出货物从而对环境造成危害，但是桥式抓斗卸船机能起吊重载，因此可装卸的船舶种类和货物众多。另外桥式抓斗卸船机拥有故障率低、运营成本低、安全可靠、能实现手动或半自动控制、效率高等优点，因而在码头和港口等地普遍的应用桥式抓斗卸船机进行散货装卸。近几十年来，随着发展中国家之间以及发展中国家与发达国家之间的贸易特别是港口贸易的迅速发展，港口装卸的重要设备卸船机也随之有了突飞猛进的发展。具体表现在以下几个方面：额定最大起重重量不断提高、前伸距越来越大、轨道上方的起升高度不断曾加、整机自重越来越大、工作效率不断提升。船舶不断向大型化发展，散货货物运输的需求日益增长，码头不断在新建，配置机型也不断在更新，同时也向着大型化发展。这使得桥式抓斗卸船机的适应能力不断加强。电器自动化、智能化的应用与发展使得电气差动卸船机脱颖而出不断的在替换机械差动卸船机。智能化技术的发展使得自动无人操作卸船机渐渐推广，将在不久以后成为主流机型。
生产效率是代表卸船能力的主要参数，是桥式抓斗卸船机的重要技术指标。明确桥式抓斗卸船机的生产效率及其影响因素具有重要意义。在作业过程中有许多因素会影响到桥式抓斗卸船机的生产效率，比如起重质量，小车的起升及抓斗开闭等机构的运行速度，控制方式，货物特性，码头皮带机的位置和高度，抓斗性能，清仓时间，水位，船型，料斗构造等。
抓斗卸船机主要分为臂架式和桥式两种形式。其中根据桥式抓斗卸船机小车的驱动方式我们可以分为2种主要形式：牵引式和自行式。其中牵引式抓斗卸船机又分为全牵引式和半牵引式。自行式桥式抓斗卸船机的小车运行机构设在小车上。牵引式桥式抓斗卸船机的小车运行通过绳索牵引，且牵引驱动装置设在固定的机器房内。半牵引式卸船机的小车运行通过绳索牵引，其开闭、起升机构设在小车上，在固定的机器房内设有牵引驱动装置。全牵引式卸船机通过绳索牵引，实现小车预想的运动（货物抓卸、运行），在固定的机器房内设有开闭、起升机构以及小车运行机构。其中桥式抓斗卸船机是本文的主要研究对象。
桥式抓斗卸船机主要由门架结构，桥架结构，俯仰结构，小车，抓斗，机房，电气室，司机室，料斗给料系统以及其他部件组成。如图11所示。
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图11： 桥式抓斗卸船机结构图
门架结构是撑持卸船机整体的重要受力构件，主要是由钢板焊接的箱体构成，其顶端与桥架结构进行刚性连接，设计时我们必需保证其安全可靠性。桥架结构主要由端梁、桥架等结构组成，与门架顶端水平连接。桥架上安装有小车轨道，小车可在轨道上做往返运动，完成装卸作业。两根平行的箱型梁组成了俯仰结构，一端与门架上方连接，另一端则与前大梁靠海测铰接。俯仰结构主要是为了使大梁仰起方便船舶靠离码头。机房是主要放置各种电器设备的地方，可以安置在桥架陆侧端部或安置在门架中部。电气室是供应整机运行电能和各种传感器的控制逻辑的重要地方。料斗、振动给料器、接料板、防风板等组成了料斗给料系统，是装卸货物的重要系统。剩余其他部件主要有过道、楼梯、安全保护系统、行车检修系统、皮带轮等。
1.2 有限元的概况
有限元方法（finite element method）或有限元分析（finite element analysis）是求解复杂微分方程近似解的一种非常有效的工具，是现代数字化科技的一种主要基础性理论。将它应用于科学研究中，可成为探究物质客观规律的先进手段；将它应用于工程技术中，可成为工程设计和分析的可靠工具。有限元法是一种基于变分法而发展起来的求解微分方程的计算方法，该方法主要以计算机为手段，采用分片近似，进而逼近整体的研究研究思想求解物理问题。简而言之，其基本思想就是里兹法加分片近似，可归纳如下：首先，将物体或求解域离散为有限个互不重叠仅通过节点相互连接的子域（即单元），原始边界条件也被转化为节点上的边界调节。其次，在单元内，选择简单近似函数来分片逼近未知的求解函数。具体做法是在单元上选择一些合适的节点作为求解函数的差值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的差值函数组成的线性表达式。这是有限元法的创意和精华所在。最后，基于与原问题数学模型等效的变分原理或加权残值法，建立有限元方程，从而将微分方程转化为一组以变量或其导数的节点值为未知量的代数方程组。进而借助矩阵表示和计算机求解代数方程组得到原问题的近似解。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 桥式抓斗卸船机的简述 1
1.2 有限元的概况 2
1.3 课题研究的目的和意义 3
1.4 与课题相关的研究现状 4
1.5 本文主要研究内容 7
1.6 本文的研究思路 7
第二章 桥式抓斗卸船机前大梁有限元建模 9
2.1 引言 9
2.2桥式抓斗卸船机前大梁简要受力分析 9
2.3 有限元模型的建立 13
2.3.1 前大梁结构特点 13
2.3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
2 建立有限元模型 14
2.4 本章小结 17
第三章 桥式抓斗卸船机前大梁有限元分析 18
3.1 前大梁载荷情况分析 18
3.1.1 小车在前大梁上移动时 18
3.1.2 小车起吊加速上升时 18
3.1.3 小车起吊过程 18
3.1.4 受到风载 19
3.2 各工况下的模型计算与结果 19
3.2.1 移动载荷计算 19
3.2.2 冲击载荷计算 22
3.2.3 动载荷计算 24
3.2.4 风载荷计算 28
3.2.5 各工况计算结果分析 30
3.3本章小结 31
第四章 结论与展望 32
4.1 本文研究工作总结 32
4.2 存在的不足 32
4.3 进一步工作展望 32
致 谢 34
参 考 文 献 35
附 图 37
第一章 绪论
1.1 桥式抓斗卸船机的简述
桥式抓斗卸船机是码头和港口上重要的装卸设备之一。桥式抓斗卸船机的工作原理主要是通过抓斗抓起货物并在竖直和水平方向移动来完成相关作业。虽然桥式抓斗卸船机抓斗带载运行及装卸时容易撒出货物从而对环境造成危害，但是桥式抓斗卸船机能起吊重载，因此可装卸的船舶种类和货物众多。另外桥式抓斗卸船机拥有故障率低、运营成本低、安全可靠、能实现手动或半自动控制、效率高等优点，因而在码头和港口等地普遍的应用桥式抓斗卸船机进行散货装卸。近几十年来，随着发展中国家之间以及发展中国家与发达国家之间的贸易特别是港口贸易的迅速发展，港口装卸的重要设备卸船机也随之有了突飞猛进的发展。具体表现在以下几个方面：额定最大起重重量不断提高、前伸距越来越大、轨道上方的起升高度不断曾加、整机自重越来越大、工作效率不断提升。船舶不断向大型化发展，散货货物运输的需求日益增长，码头不断在新建，配置机型也不断在更新，同时也向着大型化发展。这使得桥式抓斗卸船机的适应能力不断加强。电器自动化、智能化的应用与发展使得电气差动卸船机脱颖而出不断的在替换机械差动卸船机。智能化技术的发展使得自动无人操作卸船机渐渐推广，将在不久以后成为主流机型。
生产效率是代表卸船能力的主要参数，是桥式抓斗卸船机的重要技术指标。明确桥式抓斗卸船机的生产效率及其影响因素具有重要意义。在作业过程中有许多因素会影响到桥式抓斗卸船机的生产效率，比如起重质量，小车的起升及抓斗开闭等机构的运行速度，控制方式，货物特性，码头皮带机的位置和高度，抓斗性能，清仓时间，水位，船型，料斗构造等。
抓斗卸船机主要分为臂架式和桥式两种形式。其中根据桥式抓斗卸船机小车的驱动方式我们可以分为2种主要形式：牵引式和自行式。其中牵引式抓斗卸船机又分为全牵引式和半牵引式。自行式桥式抓斗卸船机的小车运行机构设在小车上。牵引式桥式抓斗卸船机的小车运行通过绳索牵引，且牵引驱动装置设在固定的机器房内。半牵引式卸船机的小车运行通过绳索牵引，其开闭、起升机构设在小车上，在固定的机器房内设有牵引驱动装置。全牵引式卸船机通过绳索牵引，实现小车预想的运动（货物抓卸、运行），在固定的机器房内设有开闭、起升机构以及小车运行机构。其中桥式抓斗卸船机是本文的主要研究对象。
桥式抓斗卸船机主要由门架结构，桥架结构，俯仰结构，小车，抓斗，机房，电气室，司机室，料斗给料系统以及其他部件组成。如图11所示。
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图11： 桥式抓斗卸船机结构图
门架结构是撑持卸船机整体的重要受力构件，主要是由钢板焊接的箱体构成，其顶端与桥架结构进行刚性连接，设计时我们必需保证其安全可靠性。桥架结构主要由端梁、桥架等结构组成，与门架顶端水平连接。桥架上安装有小车轨道，小车可在轨道上做往返运动，完成装卸作业。两根平行的箱型梁组成了俯仰结构，一端与门架上方连接，另一端则与前大梁靠海测铰接。俯仰结构主要是为了使大梁仰起方便船舶靠离码头。机房是主要放置各种电器设备的地方，可以安置在桥架陆侧端部或安置在门架中部。电气室是供应整机运行电能和各种传感器的控制逻辑的重要地方。料斗、振动给料器、接料板、防风板等组成了料斗给料系统，是装卸货物的重要系统。剩余其他部件主要有过道、楼梯、安全保护系统、行车检修系统、皮带轮等。
1.2 有限元的概况
有限元方法（finite element method）或有限元分析（finite element analysis）是求解复杂微分方程近似解的一种非常有效的工具，是现代数字化科技的一种主要基础性理论。将它应用于科学研究中，可成为探究物质客观规律的先进手段；将它应用于工程技术中，可成为工程设计和分析的可靠工具。有限元法是一种基于变分法而发展起来的求解微分方程的计算方法，该方法主要以计算机为手段，采用分片近似，进而逼近整体的研究研究思想求解物理问题。简而言之，其基本思想就是里兹法加分片近似，可归纳如下：首先，将物体或求解域离散为有限个互不重叠仅通过节点相互连接的子域（即单元），原始边界条件也被转化为节点上的边界调节。其次，在单元内，选择简单近似函数来分片逼近未知的求解函数。具体做法是在单元上选择一些合适的节点作为求解函数的差值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的差值函数组成的线性表达式。这是有限元法的创意和精华所在。最后，基于与原问题数学模型等效的变分原理或加权残值法，建立有限元方程，从而将微分方程转化为一组以变量或其导数的节点值为未知量的代数方程组。进而借助矩阵表示和计算机求解代数方程组得到原问题的近似解。
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