基于离散变量的平头塔式起重机起重臂优化设计

发布时间：2020-06-27 21:47

【摘要】： 塔式起重机(简称塔机)是建筑施工最主要设备之一,应用范围涉及国民经济建设各工程领域。平头塔式起重机(简称平头塔机)是一种新式的塔式起重机,是近20年才发展起来的。没有塔头和拉杆是平头塔机最显著的结构特征,这也是平头塔机得名的由来。由于这一特殊的结构形式才使平头塔机与带塔头的塔机有了质的区别,这也决定了平头塔机具有自身的特点。其中起重臂是其最主要的特征组件,也是主要的结构和工作部件,因此起重臂的设计显得尤为重要。研究一种新的、通用性强的设计方法是十分必要的,也是很有现实意义的。与带塔头、拉杆的水平臂小车变幅式塔机相比,平头塔机起重臂的受力状况、连接方式明显不同。立塔后无论是工作和非工作状态,平头塔机起重臂主弦杆受力状态不变,上弦杆主要受拉,下弦杆主要受压,没有交变应力的影响,其力学模型单一、简明。对于起重臂的设计,传统的设计方法主要是根据经验选择各个臂节的结构尺寸和部件材料,然后对其力学性能进行校验。这种方法通常需要多次反复更改设计方案,重复校验,费时费力,对设计人员的经验要求较高,并且最终方案也未必是最优的。本文基于离散变量的遗传算法对平头塔机起重臂进行优化设计。在简单介绍遗传算法的数学基础、特点和基本过程的基础上,设计基于简单遗传算法的结构优化程序,最后进行算例的计算和比较分析。针对臂节的形状优化问题提出了一种新的算法——序列法,即对任何类型的设计变量的离散可行域进行排序,取各自的序号作为搜索变量,从而解决不同类型变量的耦合问题。根据起重臂形状特点,对其截面结构形状尺寸进行离散化,形成起重臂截面结构尺寸的设计变量空间;同时构建起重臂杆件的型材库,对起重臂结构杆件进行优化搜索。起重臂截面结构尺寸的设计变量空间和杆件的型材库共同组成起重臂优化设计的搜索域。根据平头塔机起重臂臂节的受力特点,建立其优化设计的数学模型。由遗传算法的模型特点,将臂节的数学模型转化成对应的遗传算法优化模型。并通过实例优化验证这种方法的优越性。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH213.3
【图文】：

塔式起重机,塔机,塔头

图 1.1 平头塔式起重机Fig.1.1 Flat-Top Tower Crane1.1 平头塔机的起源及特点1.1.1 平头塔机的起源平头塔机起源于欧洲，其名称源于 Flat-Top Tower Crane 的译名，也有叫无塔头式塔机(Topless Tower Crane)。平头塔机的设计思想及雏形最早可追溯到 20 世纪60 年代，当时法国 Richier 公司研制的塔机外形已接近于现在的平头塔机，例如其X1290 和 GT 系列塔机塔头较矮，通常不超过 4m，只稍稍高于起重臂和平衡臂。但严格来讲，这些塔机又不同于现在的平头塔机，尽管塔头较矮，但还是能区分出塔头、平衡臂、拉杆等。真正的平头塔机诞生于 1975 年，瑞典 Linden 公司首次提出平头塔机的概念，并率先推出了 Linden8000 平头塔机模数系统，不同型号平头塔机的起重臂可以互换。Linden 平头塔机没有传统意义上的塔头，而且取消了拉杆，上部结构形状呈水平且均为刚性结构，没有传统塔机那种塔头、平衡臂、起重臂及拉杆之间的铰接连接方式。可以说，Linden 平头塔机的出现揭开了平头

水平臂式

4 平头塔机起重臂设计的一般问题见塔式起重机臂架系统的主要结构形式式起重机的结构形式有很多种，通常是根据臂架不同进行分类。根可分为传统的拉杆式和平头式(图 4.1)。有塔帽的拉杆式又可以分为4.2)、动臂式(图 4.3)和撑杆式(图 4.4)。图 4.1 平头式Fig.4.1 Flat-top tower crane

【引证文献】