大型双梁桁架门式起重机结构设计及优化研究

发布时间：2020-06-10 05:45

【摘要】： 门式起重机是一种重要的物料搬运设备,广泛应用于厂矿、车站、港口、电站等生产领域中。随着经济的发展,它不仅在国民经济中占有重要的位置,而且在社会生产和生活的领域的应用也不断扩大。160t双梁桁架门式起重机门架钢结构的重量占整机重量的60%以上,是整个起重机工程系统设计的重要环节。该钢结构设计的合理性和安全可靠性直接决定了起重机的工作能力和工作质量;同时,不合理的钢结构设计参数会降低对资源的利用率。因此,对起重机门架钢结构设计与研究分析已成为该设计领域的研究重点。本文针对这一情况,采用现代设计方法,对某造船用160t双梁桁架门式起重机钢结构的优化设计理论进行研究。论文首先分析了目前国内外起重机的研究水平及发展趋势,根据造船厂的设计要求,对160t双梁桁架门式起重机的钢结构设计进行了深入的理论研究,提出了较为先进的设计方案,并在ANSYS软件中建模,进行有限元强度和刚度分析。在此基础上,对所设计的起重机建立了优化数学模型,采用遗传算法进行优化计算,完成对桁架门式起重机主梁截面尺寸的优化设计,并对优化结果圆整处理,在ANSYS中重新建模,对其结构强度、刚度和稳定性分析进行了验证。具体内容分为以下几个部分: ①分析、研究双梁桁架门式起重机工作装置的特点,针对本课题中起重机重量轻、刚度好、作业空间大、作业效率高等设计要求,对160t双梁桁架门式起重机进行钢结构设计研究,同时对起重机主梁及支腿采用规范化设计,然后确定各个设计参数。提出了160t桁架式门式起重机的整体设计方案,并对结构进行选型。 ②用ANSYS软件建立了三维实体模型,通过对双梁桁架门式起重机的计算载荷分析、工况分析、强度和挠度分析,在ANSYS软件中对起重机模型在六个最危险工况下,进行了有限元的静力学分析,验证其强度和刚度,并与初始设计值进行了对比分析;最后运用力矩法,计算了起重机的和力矩,验证了本文所研究起重机的抗倾覆稳定性满足稳定性要求。 ③以起重机单根主梁的重量为目标函数,以桁架杆件的强度和刚度为限制条件,主梁的主要截面各个参数为设计变量进行了优化。此优化问题属于多变量、有约束和非线性的复杂优化问题,本文采用新型优化算法——遗传算法进行优化。调用MATLAB中遗传算法工具箱编制程序进行优化,得出了主梁各截面主要参数的最优值,达到了优化的目的。 ④将优化分析得出的结果与设计阶段的分析结果进行分析比较,圆整后重新在ANSYS中建模并分析计算,对双梁桁架门式起重机的强度、刚度进行再次验证,优化后的整体重量比设计计算的重量减轻了11.76%。验证了此改进后设计方案的正确性和优化方法的有效性。
【图文】：

双梁,钢结构,起重机主梁

ns2.2 双梁桁架门式起重机设计参数的确定双梁桁架门式起重机工作工程中主要受到起吊载荷QP 、风载荷WP 、启动或制动惯性力hP 、主梁和小车自重以及附属装置重力的作用，起吊载荷的作用点沿主梁轨道左右移动，支腿底部的下横梁是整个承载装置的基础。针对起重机重量轻、刚度好、作业空间大、作业效率高等设计要求，对 160t 双梁桁架门式起重机进行钢结构设计研究，同时对起重机主梁及支腿采用规范化设计。在设计过程中，视起重机主梁为简支梁，进行受力分析，然后确定各个设计参数。2.2.1 主梁桁架主要参数的确定[16-22]该起重机采用四桁架式结构设计，起重机的钢结构图见图 2.1 所示。四桁架式主梁桁架由主桁架 1、上水平桁架 2、副桁架 3、斜撑杆 4和下水平桁架 5组成，见图 2.2 所示。设计过程中，视起重机主梁为简支梁，进行受力分析，并结合式（2.3）和式（2.4），确定各个截面设计参数。

截面图,主桁架,上弦杆,截面

h—主桁架 1 的弦杆高，m。，由于上水平桁架 2的上弦杆上附有轨道，，因撑杆 4截面选型确定角钢型号时，应注意：平桁架 2角钢的截面积的计算公式为：需轨 = A A平桁架 5、斜撑杆 4的截面积计算公式为：角需 = A：A角—角钢需要的截面面积，m2；A需—桁架杆件需要的截面面积，m2；A轨—轨道截面面积，m2。设计中，选取轨道型号为 QU100，截面面积主桁架 1 的上弦杆采用双角钢拼接的形式，20-200-14。
【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】：TH213.5

【引证文献】