門式啟閉機的運動特性分析

WU Jin-mei, ZHENG Shu-juan

（華北水利水電學院，鄭州 450011）

0 引言

門式啟閉機是水電站用門式起重機，主要用于進水口檢修門、溢洪道檢修門、攔污柵的啟閉及污物清理、弧門啟閉機的安裝與檢修，因此對其進行運動過程中的運動特性分析是非常必要的。

1 門機的幾何模型

本課題是以2×800KN雙向門式啟閉機為研究對象的。門機結構復雜，因此在此我們采用了簡化建模。簡化后的模型包括門腿、中部橫梁、主梁。首先在Pro/E中進行建模，分為門腿部分、上部主梁部分、上部橫梁部分。最終完成門機的建模如圖1所示。

圖1 裝配完成的門式啟閉機

2 仿真分析結果

在門機上加小車時，在門機上畫出一個能代替小車的立方體，可以起到在其上施加載荷和賦予初速度的作用。

在進行動態運動分析是分兩種情況，一種是小車固定，大車運行，另一種是大車固定，小車運動。而且在每一種情況下又分為小車或大車分別位于啟動、勻速運動和制動三種工況，一共是六種工況。通過仿真得到各個工況下的橫梁、門腿、主梁質心沿Z軸方向的速度與時間的變化情況，可了解各個組成構件的運動穩定情況。運動仿真結果如下：

工況一：大車固定，小車啟動。小車輸入加速度為150 mm/s2。橫梁、門腿、主梁質心沿Z軸方向的速度與時間的變化情況如圖2所示。

圖2 橫梁、門腿、主梁沿Z軸方向的速度

工況二：大車固定，小車進行速度為1365 mm/s的勻速運動。

圖3 橫梁、門腿、主梁沿Z方向的速度

工況三：大車固定，小車以一個初始速度開始勻減速，加速度為150 mm/s2。

圖4 橫梁、門腿、主梁沿Z方向的速度

工況四：大車帶動小車起動，做勻加速直線運動，并設置其加速度為0.2 m/s2。

圖5 橫梁、門腿、主梁沿Z方向的速度

工況五：門機帶動小車做勻速運動，速度為2 m/s。

圖6 橫梁質心沿Z方向的加速度

圖7 門腿質心沿Z方向的速度

工況六：門機帶動小車以初速度2 m/s，加速度為0.2 m/s2做勻減速運動。

圖8 橫梁、門腿、主梁沿X方向的速度

3 各種工況比較

門機在運行過程中各個部分的速度、加速度的微小變化不能忽略不計，有時會影響運行精度，而且如果震顫嚴重的話會引起較大的慣性力，因為可能會引起吊物的掉落這樣是很不安全的。因此減小速度、加速度的波動范圍是很有必要的。

1）比較工況1與工況2與工況3：從截圖中可以看出機構處于工況2時勻速狀態時，速度、加速度的隨時間變化情況比工況1，3時簡單。而且震動多是在Z軸的單方向變化的，因此可以避免各組成部分的的脈動。

2）比較工況4與工況5與工況6：從截圖上可以看出各組成部分的速度、加速度在Z方向的變化在工況5時比工況4、6時的幅度小。而且工況5時各個組成部分的速度、加速度在運動的開始時間內有復雜變化，之后就趨于很平穩的狀態。顯然是勻速時變化時速度、加速度更快達到平穩，且變化幅度更小。

4 結論

由以上的各個分析可得到如下結論：不論是小車的運動還是行走機構的運動，當它們處于勻速時，機構各個組成部分的穩定性均比它們處于勻加速、勻減速時好，因此在門機運行過程中要盡量加長勻速運動的時間來減小各個部分的運動波動。同時在門機運動過程中要盡量減小運動速度來提高運動的平穩性。

本文得到門機各個部分的質心在各種運動狀態時的各種參數，可以為門機的設計與使用提供一定的參考，有助于縮短門機研制周期，降低研制經費。

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