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北京英吉泰科工程技术有限公司 ALGOR 软件对起重机械的解决方案软件对起重机械的解决方案 北京英吉泰科工程技术有限公司北京英吉泰科工程技术有限公司 2009 年年 2 月月 北京英吉泰科工程技术有限公司 目目 录录 1．有限元分析的重要性．有限元分析的重要性 - 1 - 2．．ALGOR 的优势的优势 - 2 - 3．整机静态刚强度分析．整机静态刚强度分析 - 3 - 实例 1 悬臂斗轮堆取料机 . - 4 - 实例 2. YG250/80 堆取料机 - 5 - 实例 3. 桥式抓斗卸船机 . - 6 - 4．整机动力特性分析．整机动力特性分析 - 6 - 实例 4. 缆索起重机静强度与模态分析 - 7 - 实例 5. 检测车臂架及副车架系统静强度与模态分析 . - 8 - 5．整机动力响应和机构运动学分析．整机动力响应和机构运动学分析 . - 9 - 实例 6. 缆索起重机卸荷振动分析 - 9 - 实例 7. 连杆机构运动学分析 . - 11 - 实例 8. 挖掘机运动学分析 . - 12 - 6．部件线性刚强度分析．部件线性刚强度分析 - 12 - 实例 9. 机车吊梁结构强度分析 - 13 - 实例 10. 船舶上部结构起吊分析 - 14 - 实例 11. 螺栓连接件的应力分析 - 14 - 7．屈曲稳定性分析．屈曲稳定性分析 - 15 - 实例 11. 全伸吊臂臂段的线性屈曲分析 - 15 - 实例 12. 门式起重机强度和屈曲分析 - 16 - 8．非线性分析．非线性分析 - 16 - 实例 13. 全伸吊臂臂段的非线性分析 - 17 - 实例 14. 机车吊梁整吊配件强度分析 - 17 - 实例 15. 机车吊钩运动学与强度分析 - 18 - 9．结构优化设计．结构优化设计 - 19 - 实例 16. 汽车起重机优化设计 . - 20 - 10．．ALGOR 技术服务技术服务 . - 21 - 11．总结．总结 . - 21 - 附附 1．．ALGOR 资质资质 . - 22 - 附附 1.1．中国机械工程学会指定的机械设计工程师资质认证考试软件．中国机械工程学会指定的机械设计工程师资质认证考试软件 - 22 - 附附 1.2．全国锅炉压力容器标准化技术委员会（容委会）的认证软件．全国锅炉压力容器标准化技术委员会（容委会）的认证软件 - 23 - 北京英吉泰科工程技术有限公司 - 1 - 1．有限元分析的重要性．有限元分析的重要性 起重机械，作为一类高负载产品， 具有其特殊的作业环境， 要求具备良好 的力学性能，包括刚度、应力水平、变 形、抗干扰性能等。

对于工程设计人员 来说，零件、结构件及整机的力学性能 如何？会不会因强度不够造成破坏事 故？如何对产品进行优化设计？这些 都是他们必须关心和回答的问题 现代的起重机械，吨位越来越大， 米数越来越高，结构越来越复杂，对企 业的技术开发水平和生产制造能力提 出了全新的考验 在市场竞争越来越剧 烈的今天， 传统的经验设计已经远远不 能满足设计需要，为了保证产品性能， 优化产品设计， 必须将先进的有限元数 值模拟技术融入到现代起重机械的产 品设计流程中来 有限元技术从上个世纪60年代开 始出现， 伴随着计算机技术的发展而迅 猛发展 有限元技术的出现使得以前无 法进行理论求解的复杂问题可以借助 于有限元离散理论和计算技术进行数 值求解，揭开了数值仿真的先河70 年代末， 国内开始接受有限元理论， 1980年， 美国的有限元结构分析程序SAP5 （即今天的ALGOR 软件）被引入我国，有限元分析开始在中国推广，发展到今天，逐渐成为产品研发的重要工 具有限元分析在优化结构设计、提高产品质量、减少试验样品、缩短产品研发周期、降低 产品成本等方面发挥了巨大作用，取得了明显的经济效益 有限元技术可以在提高产品质量和建立自主的产品开发能力方面，给企业提供极大帮 助。

国际上，有限元分析已是设计链中必需的常规环节，没有有限元分析的设计不能进入下 一个技术流程新产品开发中的强度、刚度、振动等问题，可成熟地在设计阶段解决，大幅 度提高了设计质量，缩短了产品开发周期，节省大量开发费用，同时避免了产品投放市场初 期常常出现的质量问题而影响新产品的声誉，使得企业可以集中力量不断推出新产品 近年全球化趋势使得包括起重机械在内的各行业竞争越来越激烈和白热化， 各制造商或 主动或被动地采取种种措施，缩短新品开发周期，降低整车制造成本，根据客户需求进行个 性化开发，以扩大市场份额，获得最大限度的回报毫无疑问，这个游戏中的所有参与者都 明白， 在以上的所有因素中， 研发能力的高低是保证自己在市场较量中能否胜出的关键因素 中国企业要想在这场竞争中避免被淘汰的厄运， 并最终能够胜出， 大力提升自己的研发 能力势在必为， 而在这场升级运动中， 引入先进的有限元仿真技术无疑是必不可少的一个环 节 北京英吉泰科工程技术有限公司 - 2 - 2．．ALGOR 的优势的优势 ALGOR软件作为世界著名的大型通用有限元仿真软件，被广泛应用于各个行业的产品设 计开发中，可以模拟各种各样的现象，如结构静力、动力、线性、非线性、流体、热传导、 电场、管道工艺流程设计等。

在起重机械领域，设计工程师们通过使用ALGOR软件进行设计、 测试和性能分析， 可以缩短产品投入市场的时间， 并能以更低的成本制造出优质而可靠的产 品 ALGOR直观友好的Windows风格中文界面 ALGOR软件和其他同类有限元分析软件相比，其独特的优势和分析能力非常适合于设计 工程师进行起重机械结构的设计 1．．ALGOR 提供中文界面提供中文界面ALGOR 软件是国 外通用有限元软件中唯一进行了彻底汉化的有限元 分析软件，通俗易懂因此 ALGOR 软件具有广泛 的适用性，非常适合国内不同知识级别的工程师或 是专业的 CAE 分析师使用 2．． Windows 风格的界面风格的界面 直观友好， 易学易用 在同类有限元产品中， ALGOR 是界面最为友好， 最 容易上手的软件，被誉为世界上学习周期最短的多 物理场分析软件在专业化程度很高，普通设计人 员望而却步的有限元领域， ALGOR 软件便利的操作 性无疑为并非专业分析人员的设计工程师进行机械仿真分析提供了条件 3．．CAD 和和 CAE 接口技术首屈一指接口技术首屈一指和几乎所有的 CAD 软件提供了插件式的直接接 口，采用 CAD 内核完成模型交换，保证了模型转换的速度和成功率。

此外 ALGOR 还与众 多的有限元软件可以完成模型交换，这也是 ALGOR 与众不同的功能特色 4．领先的建模技术．领先的建模技术其特点是方便、高效、高精度 − 可以快速方便地直接建立板、壳、梁、杆、实体等混合有限元模型，这对起重机械非 ALGOR 全自动六面体网格 北京英吉泰科工程技术有限公司 - 3 - 常重要 − 提供了专业的机构模拟技 术， 如螺栓连接、 销轴连接、 万向节、滑轮、阻尼等 − 中面提取技术是多数其他 同类软件不具备的功能，为 板壳建模提供了极大的方 便 − 全自动六面体主导网格可 以快速自动生成精确的三维 复杂体形有限元网格 5．提供全面而高端的强大分析功能．提供全面而高端的强大分析功能涵盖了结构、热、流体、静电以及多物理场耦合 分析ALGOR 的非线性和机械运动仿真独具特色，可以在刚柔体机构运动仿真的同时计算 部件的应力和变形，在计算中可以方便地考虑非线性接触、大变形、材料屈服等复杂因素， 将机构运动分析和应力分析结合在了一起 ALGOR 软件具有非常强大的分析功能和求解深度，在起重机械主要关注的结构领域， ALGOR 可以模拟线性、非线性、静力、动力、机构运动等所有结构问题，其求解功能可以 涵盖起重机械设计的各个方面，包括： • 整机静力刚度强度分析 • 整机动力特性分析 • 整机动力响应和机构运动学分析 • 部件线性刚强度分析 • 屈曲稳定性分析 • 非线性分析，如接触、几何非线性、材料非线性 • 结构优化设计 3．整机静态刚强度分析．整机静态刚强度分析 对于起重机械来说，整机分析是工程师面临的最直接、最重要的问题。

整机分析的对象 包括若干个受力结构件和机构，如回转、变幅、伸缩、起升等，最危险的工况是起重作业工 况，力的传递路线非常复杂，是多个部件共同作用的结果，脱离整体分析往往很难确定每个 独立部件的受力状态因此，整体分析非常重要而又非常复杂设计人员在设计过程中需要 较快地预测整体结构在不同工况（特别是严重工况）下结构的应力水平与变形，以便完善与 优化总体设计 整体结构的基本特点是结构规模大、组合形式复杂，对有限元软件提出了很高的要求， ALGOR 软件提供了优秀的建模和求解技术，在起重机械整机分析方面具有独到的优势 1．ALGOR 软件提供了丰富的单元类型可以以模拟整机中的各种各样的结构，包括实 体、板、壳、梁、杆、索、接触、滑轮、阻尼等 2．ALGOR 软件需要具有强大的有限元模型组装能力，可以将不同单元类型模拟的不 同的零部件组装为一个整体有限元模型，这包括： • 混合建模能力，同一模型可以包括任意多的单元类型； • 智能网格组装能力，ALGOR 不要求部件网格匹配，可以采用 MPC 技术（多点约束） ALGOR 中面提取技术非常适用于板壳单元建模 北京英吉泰科工程技术有限公司 - 4 - 将非匹配网格组装为位移协调的整体模型； • 销轴、万向节、螺栓等连接机构自动定义功能 3．ALGOR 软件应该具有高效率的求解器，支持并行计算，对于规模巨大的整机模型， 可以实现快速求解。

MPC 技术装配非匹配网格 ALGOR 可以自动建立预紧螺栓连接、销轴等连接 实例实例 1 悬臂斗轮堆取料机悬臂斗轮堆取料机 悬臂斗轮堆取料机是大型散装物料堆取机械设备， 整机重量一般在 200 吨以上， 其中上 部金属结构重达 150 吨以上 该设备可进行整 机行走，上部金属结构俯仰、回转等运动，因 此设备的平衡、强度、刚度的分析计算复杂而 且必要ALGOR 软件为国内数家设计制造厂计 算了该系列产品， 计算的臂长从20米到50米， 取料从 300 吨到 3000 吨等其计算结果已成 为厂家不可缺少的技术资料 四连杆式斗轮机计算模型图 整体俯仰式斗轮机计算模型图 四连杆式斗轮机应力图 四连杆式斗轮机变形图 四连杆式斗轮机实物图 北京英吉泰科工程技术有限公司 - 5 - 整体俯仰式斗轮机应力图 整体俯仰式斗轮机变形图 实例实例 2. YG250/80 堆取料机堆取料机 YG250/80 堆取料机是某矿山机械设计院设计制造的大型散装物料堆取机械该机回转 半径 37.85 米,取料额定出力 80t/h,堆料额定出力 250t/h。

堆 取料机金属结构由堆料机金属结 构（包括悬臂架、上部回转平台、 下部回转平台、 尾部平台、 配重箱 臂、支柱及拉杆等组成） 、取料机 金属结构 （包括刮板臂、 取料机回 转平台、门架、及拉杆） 、中心柱 等组成 金属结构主体均由焊接工 字梁、 箱形、 圆形结构作为主要承 载构件 ALGOR 软件对该机金属结构 进行了有限元计算分析 应力图 变形图 计算模型图 北京英吉泰科工程技术有限公司 - 6 - 实例实例 3. 桥式抓斗卸船机桥式抓斗卸船机 500t/h 桥式抓斗卸船机是某发电设备总厂设计制造的大型散装物料输送机械该机采 用钢丝绳牵引式抓斗小车 抓斗小车可沿着水平前桥架上轨道行走， 以完成抓斗从船舱到料 斗的水平移动500t/h 抓斗桥式卸船机金属结构由前门架、后门架、桥架、小门架、拉杆 及卷扬机房等组成 前门架、 后门架、 桥架、 小门架主体均由焊接箱形梁作为主要承载构件 用 ALGOR 软件对该机金属结构进行了有限元计算。