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1、 学校代码: 10289 分类号: TH213 密 级: 公 开 学 号: 092020051液压克令吊结构江苏科技大学 设计及关硕 士 学 位 论 文 键部件静动液 压克令 吊结 构设计 及关 键部件 态分静 动态分 析 析 范晓卫研究生姓 名范晓卫导师姓 名佘建国申请学位类别工学硕士学位 学位授予单位 江苏科技大学学 科 专 业 机 械设计及理论 论文提交 日期 2012 年4 月28 日江研 究 方 向 现代机 械系统设计技术及苏论文答辩日期2012 年5 月30 日 性能评价 科技答辩委员会主席 评阅人大学2012 年 5 月 28 日 分类号 :TH213 密 级: 公 开 学 号:
2、 092020051 江苏科技 大学 硕士 学位论文液 压克令 吊结 构设计 及关 键部件 静 动态分 析 学生姓名 范晓卫 指导教师 佘建国 教授江苏科技 大学 二 O 一二 年 五月 A Thesis Submitted in Fulfillment of the Requirementsfor the Degree of Master of EngineeringStructural Design of Hydraulic Crane and Static and Dynamic Analysis of the Key Parts Submitted byFan XiaoweiSuper
3、vised byProfessor She JianguoJiangsu University of Science and TechnologyMay, 2012江 苏 科技 大 学学 位 论文 原 创性 声 明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本 声 明的法律 结果由 本 人承担。 学位论文作 者签名 : 年月日 江 苏 科技 大 学学 位 论文 版 权使 用 授权 书本学位论
4、 文作者完 全了解学 校有关保 留、使用 学位论文 的规定 ,同意学校 保留并向 国家有关 部门或机 构送交论 文的复印 件和电子 版 ,允许论文 被查阅和 借阅。本 人授权江 苏科技大 学可以将 本学位论 文 的全部或部 分内容编 入有关数 据库进行 检索,可 以采用影 印、缩印 或 扫描等复制 手段保 存 和汇编本 学位论 文 。本学位论 文属于 : 1保密,在年解密后 适用本 授 权书。 2 不 保密 。学位论文 作者签 名 :指导教师 签名: 年月日 年月日摘 要 摘 要 液 压 克 令 吊 是 船 舶 上 普 遍 使 用 的 一 种 装 卸 货 设 备 , 在 额 定 的 载 荷 下
5、 可 以 实 现 起升、 变幅和回转三种运动, 具有结构紧凑、 操作简单、 装卸效率高等特点。 本文针对散货船 35t/30m 液压 克 令吊 进行设计, 在整体 结构设计的基础上, 根据 液压克令吊的受力特点, 对关键部 件吊臂进行了结构静力分析以及模态分析 , 并对 回转机构进行动力学仿真 ,为同类型产品的开发提供了一定的指导。 论文主要研究了以下内容: 1. 根 据 液 压 克 令 吊 的 主 要 设 计 参 数 , 确 定 了 整 体 设 计 方 案 , 对 液 压 克 令 吊 的 起升机 构、 变幅机构和回转机构 等进行了详细的结构设计, 并应用 Solidworks 软件建立了整机
6、的三维模型。 2. 应用 有限元分析软件 ANSYS 对主要受力部件吊臂进行结构静力分析, 得到了吊臂在最大工作半径、 最小工作半径两个极限工况下 的应力和位移分布规律, 证明吊臂的强度和刚度 均满足要求。 3. 应用 有限元分析软件 ANSYS 对吊臂进行有限元模态分析, 提取 了吊臂的前十阶固有频率, 绘制出相应的振型图, 并计算发动机、 卷筒振动及货物偏摆 等引起的工作频率, 证明 不会发生共振现象。 4. 应用 动力学仿真软件 ADAMS 对液压克 令吊回转机构进行动力学仿真, 研究回转机构在最大工作半径起吊额定载荷工况下 ,货物对吊臂头部动载荷的变化规律,为回转机构设计提供一定的理论
7、依据 。关键词 液压克令吊 ;结构设计;有限元分析; 动力学仿真III Abstract Abstract Hydraulic crane is a loading and unloading equipment on a ship, which can achieve hoisting, luffing and slewing in the rated load. It has many advantages, such as compact structure, simple operation and high efficiency of loading and unloading. T
8、he article did a design for 35t/30m hydraulic crane used on bulk carriers. On the basis of overall design, the article made the static analysis and modal analysis of crane boom, then finished the dynamics simulation about the slewing mechanism. These can provide guidance for the development of simil
9、ar productsThe main research work contains: 1. According to the design parameters of the hydraulic crane, we decided the overall programme. Then we carried out a detailed structural design of hydraulic crane s hoisting mechanism, luffing mechanism and slewing mechanism. Besides we established the th
10、ree dimensional model of the hydraulic crane by Solidworks2. The boom s static analysis in the imum and minimum working radius conditions was finished by ANSYS, we got the distributional regularities of stress and displacement under two work conditions. The results showed that the boom s strength an
11、d stiffness met the requirements3. The boom s modal anaysis was finished by ANSYS. We extracted foremost 10-order type vibrational frequency and reaction of the boom. Then we calculated the working frequencies caused by the engine s vibration, the cargo s deflection and so on. The comparing result p
12、roved that the resonance phenomenon won t happen4. The dynamics simulation about the crane s slewing mechanism was finished by ADAMS. We studied the dynamic load s variation in the condition of the imum working radius and lifting the rated load. The simulation result can provide theoretical basis fo
13、r the design of slewing mechanismKeywords hydraulic crane; structural design; finite element analysis; dynamics simulationIII IV 目 录 目 录 摘 要 I Abstract. III 第 1 章 绪论. 1 1.1 课题研究的背景及意义1 1.2 国内外相关领域的研究现状 2 1.3 本文研究内容 7 1.3.1 主要研究内容 7 1.3.2 章节安排7 1.4 本章小结8 第 2 章 基本理论9 2.1 有限元基 本理论9 2.1.1 弹性力学基本方程. 9 2.
14、1.2 有限元分析的基本原理 11 2.1.3 有限元分析的求解过程 11 2.2 模态分析理论. 13 2.2.1 概述13 2.2.2 模态分析理论基础13 2.3 动力学理论14 2.3.1 概述14 2.3.2 多刚体系统动力学14 2.3.3 多柔体系统动力学15 2.3.4 多体系统动力学方程求解17 2.4 本章小结 19 第 3 章 液压克令吊结构设计. 20 3.1 概述20 3.2 作业条件和主要技术参数20 3.2.1 作业条件 20 3.2.2 主要技术参数. 20 3.3 结构设计 21 3.3.1 基本结构和工作原理. 21 3.3.2 起升机构 21 3.3.3
15、变幅机构 24 3.3.4 回转机构 27 3.3.5 金属结构 31 3.3.6 系统设计 33 3.4 液压克令吊的装配体模型34 3.5 本章小结 35V 江苏科技大学工学硕士学位论文 第 4 章 吊臂结构静力分析36 4.1 ANSYS 简介. 36 4.2 计算对象 36 4.3 有限元模型37 4.3.1 模型的简化及网格划分 37 4.3.2 材料性能参数. 37 4.3.3 计算工况 38 4.3.4 加载方法与约束处理. 38 4.4 评定标准 39 4.5 计算结果及分析 39 4.5.1 工况 1 计算结果及分析 39 4.5.2 工况 2 计算结果及分析 41 4.6 本章小结 42 第 5 章 吊臂结构动力学模态分析43 5.1 模态提取方法. 43 5.2 模态振型图和固有频率表44 5.3 工作频率计算. 50 5.4 计算结果分析. 51 5.5 本章小结 51 第
