平头塔式起重机臂架参数化及优化设计

发布时间：2020-04-16 08:54

【摘要】：起重臂架是平头塔式起重机的重要组成部分,它承受着起重机主要的工作载荷,臂架性能的优劣直接影响平头塔式起重机的整机性能。目前,国内平头塔机结构设计以传统类比方法为主,导致一些平头塔机存在着结构自重大,构造不合理等问题。因此,对平头塔式起重机臂架进行分析和优化计算、并改变原来的类比设计方法、形成自主设计体系是非常必要的。 本文将原理设计思想用于对平头起重机的起重臂架的研究中,以用户需求(工作幅度与吊重)为驱动,基于起重机的计算工况,建立了臂架的力学模型,以强度和刚度为设计准则,确定了臂架根部、变截面的内力和基本几何尺寸,包括：截面高度宽度、主弦杆、腹杆和水平支杆的截面积等,计算结果符合工程实际需要,并为后续参数化和优化设计工作提供初始参数。 应用VB.NET和MATLAB的联合编程,开发出一种参数化设计软件,对于不同臂长、额定起重量和最小幅度处的最大起重量等初始输入参数,实现了臂架的各杆件的内力和基本尺寸的输出,提高了设计效率；完成了该产品的初步设计。 根据《塔式起重机设计规范》对平头塔机的载荷及约束进行简化处理,运用大型有限元通用程序ANSYS建立起重臂结构的参数化有限元模型,并对起重臂结构进行了有限元分析,从而求得起重臂结构在各工况作用下的静力响应情况。根据优化设计理论,对概念设计阶段中参数化设计的输出结果,作为优化设计的初始值,以整个臂架的质量最轻为目标函数,以臂架基本尺寸为设计变量,以强度和刚度条件为约束,利用有限元软件ANSYS实现了平头起重机臂架的优化,并对优化过程和结果进行了分析。在满足其设计要求的情况下,将起重臂的重量降低了10.4%,获得了较好满足工程要求的结果。 综上所述,本文开发出了平头塔式起重机臂架的设计软件,它具有参数化设计和优化设计的功能,实现了从原理设计到参数化输出再到优化设计的整个设计流程,改变了多年的类比设计方法,并具有普遍指导意义,使设计具有延展性和继承性,为平头起重机臂架的设计提供了可借鉴的方法。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH213.3

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本文编号：2629606