门式启闭机的运动特性分析

WU Jin-mei, ZHENG Shu-juan

（华北水利水电学院，郑州 450011）

0 引言

门式启闭机是水电站用门式起重机，主要用于进水口检修门、溢洪道检修门、拦污栅的启闭及污物清理、弧门启闭机的安装与检修，因此对其进行运动过程中的运动特性分析是非常必要的。

1 门机的几何模型

本课题是以2×800KN双向门式启闭机为研究对象的。门机结构复杂，因此在此我们采用了简化建模。简化后的模型包括门腿、中部横梁、主梁。首先在Pro/E中进行建模，分为门腿部分、上部主梁部分、上部横梁部分。最终完成门机的建模如图1所示。

图1 装配完成的门式启闭机

2 仿真分析结果

在门机上加小车时，在门机上画出一个能代替小车的立方体，可以起到在其上施加载荷和赋予初速度的作用。

在进行动态运动分析是分两种情况，一种是小车固定，大车运行，另一种是大车固定，小车运动。而且在每一种情况下又分为小车或大车分别位于启动、匀速运动和制动三种工况，一共是六种工况。通过仿真得到各个工况下的横梁、门腿、主梁质心沿Z轴方向的速度与时间的变化情况，可了解各个组成构件的运动稳定情况。运动仿真结果如下：

工况一：大车固定，小车启动。小车输入加速度为150 mm/s2。横梁、门腿、主梁质心沿Z轴方向的速度与时间的变化情况如图2所示。

图2 横梁、门腿、主梁沿Z轴方向的速度

工况二：大车固定，小车进行速度为1365 mm/s的匀速运动。

图3 横梁、门腿、主梁沿Z方向的速度

工况三：大车固定，小车以一个初始速度开始匀减速，加速度为150 mm/s2。

图4 横梁、门腿、主梁沿Z方向的速度

工况四：大车带动小车起动，做匀加速直线运动，并设置其加速度为0.2 m/s2。

图5 横梁、门腿、主梁沿Z方向的速度

工况五：门机带动小车做匀速运动，速度为2 m/s。

图6 横梁质心沿Z方向的加速度

图7 门腿质心沿Z方向的速度

工况六：门机带动小车以初速度2 m/s，加速度为0.2 m/s2做匀减速运动。

图8 横梁、门腿、主梁沿X方向的速度

3 各种工况比较

门机在运行过程中各个部分的速度、加速度的微小变化不能忽略不计，有时会影响运行精度，而且如果震颤严重的话会引起较大的惯性力，因为可能会引起吊物的掉落这样是很不安全的。因此减小速度、加速度的波动范围是很有必要的。

1）比较工况1与工况2与工况3：从截图中可以看出机构处于工况2时匀速状态时，速度、加速度的随时间变化情况比工况1，3时简单。而且震动多是在Z轴的单方向变化的，因此可以避免各组成部分的的脉动。

2）比较工况4与工况5与工况6：从截图上可以看出各组成部分的速度、加速度在Z方向的变化在工况5时比工况4、6时的幅度小。而且工况5时各个组成部分的速度、加速度在运动的开始时间内有复杂变化，之后就趋于很平稳的状态。显然是匀速时变化时速度、加速度更快达到平稳，且变化幅度更小。

4 结论

由以上的各个分析可得到如下结论：不论是小车的运动还是行走机构的运动，当它们处于匀速时，机构各个组成部分的稳定性均比它们处于匀加速、匀减速时好，因此在门机运行过程中要尽量加长匀速运动的时间来减小各个部分的运动波动。同时在门机运动过程中要尽量减小运动速度来提高运动的平稳性。

本文得到门机各个部分的质心在各种运动状态时的各种参数，可以为门机的设计与使用提供一定的参考，有助于缩短门机研制周期，降低研制经费。

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