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武汉理工大学
本科生毕业设计(论文)


300t 造船龙门起重机及上小车设计


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武汉理工大学学士学位论文
摘要
随着我国造船业的发展与国际市场的接轨,大型造船门式起重机面临着巨大
的市场需求量。近几年一些大型造船企业大量采用大型造船门式起重机进行造船
作业,对港口机械的设计计算方法需要不断地更新、充实和完善,使港口机械向更
注重经济性、可行性、可靠性和安全性的方向发展。通过国内多家船厂的实际应
用,大型造船门式起重机在造船作业中的作业已经得到普遍的认可。在此影响下,
大型造船门式起重机的国内市场已经初步形成,而且具有迅猛的发展趋势。所以,
开发和研制大吨位造船龙门起重机势在必行。
在这样的背景下,对造船龙门起重机起升机构的设计也提出了新的要求,实
现门式起重机起升机构在安全可靠的基础上的经济性受到了人们越来越多的重
视。在造船龙门起重机小车起升机构的传统设计过程中,设计人员更多的依靠经
验、试凑、静态定性分析和手工劳动,导致了产品的设计周期长,设计质量差,
设计费用高,产品缺乏竞争力。因此,研究门式起重机起升机构的优化设计方法,
对于提高门式起重机起升机构设计的效率和质量具有重要的作用。本文分析了造
船龙门起重机在工作实际中的应用情况、主要形式及其作用,提出了对造船龙门
起重机,特别是对门式起重机的咽喉设备——起升机构进行研究,使其使用更加
方便,成本更加低廉,具有重要现实意义。引入了基于有限元的优化设计方法,
分析了起升卷筒的机构、失效形式和原因以及它的内部应力,建立了卷筒的力学
模型,并应用基于有限元法的优化设计方法对所建立的卷筒有限元模型进行了分
析和求解。龙门起重机主梁结构和小车架结构是起重机工作最重要的承载部件,
其力学性能对整机的正常运转有直接影响。从整个造船龙门起重机来看,门架结
构的重量占整个起重机重量的 75%以上,而主梁的重量又约占整个门架重量的
2/3,所以主梁的优化对提高起重机的性能和经济性具有重要意义。主梁的优化
设计的目的是在满足设计要求的基础上合理地利用材料,力争降低结构重量,提
高起重机的性能和质量,以求在最短的时间内填补我国起重机行业在设计、生产
大型造船门式起重机领域的空白。同时可以把我国建成国内一流、具有国际竞争
力的现代国家提供有力的技术保障。造船龙门起重机的主梁形式有单主梁和双主
梁两种型式,通过本文的分析和论述,得出合理的主梁截面型式,为主梁及门架
的结构计算作基础。本文在分析国内外造船龙门起重机发展现状及单双主梁优缺
点的基础上,提出了本课题的研究方法、技术路线和待解决的关键问题。目前在
,在设计和
验算中仅是对起重机金属结构在工作状态下的起始、中间等几个在经验上看来是
危险的位置进行结构分析,而对起重机在从小车起吊载荷到终止整个工作过程中
I
武汉理工大学学士学位论文
的应力等力学参量均不知晓,主要是由于实际工作中这项工作太繁琐而无法实
现。针对以上两个问题,本文以龙门起重机为研究对象,以有限元法和机械动力
学为理论基础,运用参数化技术和有限元分析软件 ANSYS 对小车吊载运行过程中
的龙门起重机结构进行了运动数值仿真,研究了龙门起重机结构的动态特性和龙
门起重机结构在起吊时的动力学响应。300t 造船龙门起重机是目前国内研制的
起重量及跨度较大的船厂用大型起重设备,适用于 10 万吨级以上船台进行船体
大分段的翻身与合拢。
关键词:造船龙门起重机起升机构有限元强度刚度稳定性虚拟