门座起重机四连杆臂架系统多体动力学解析法及优化设计

发布时间：2017-04-02 04:05

  本文关键词：门座起重机四连杆臂架系统多体动力学解析法及优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：门座起重机是一种在港口和造船厂常用的起重机械。它作业灵活便捷、对不同货物装卸的适应性强、使用安全可靠,因此得到了广泛的使用。随着经济的发展和国际物流业务的繁荣,港口物流对门座起重机装卸货物的效率、使用的安全可靠等工作性能提出了更高的要求。因此,对门座起重机各方面的研究一直是国内外的热点。 四连杆臂架变幅系统是一种常见的门座起重机臂架型式,变幅机构是门座起重机的重要工作机构。臂架变幅系统主要结构尺寸的设计优劣是影响门座起重机整体工作性能好坏的重要因素。本文以一台门座起重机的实际结构尺寸为依据,首先,建立门座起重机的四连杆式组合臂架变幅系统的数学模型,采用矩阵分析法对臂架系统进行了多刚性体的运动学分析和动力学分析；其次,利用瞬心回转功率法求解起重机变幅过程中臂架系统的各种载荷引起的变幅阻力,并研究了变幅过程中臂架系统各构件的加速度惯性力对影响电动机发热的齿条等效作用力的影响；然后,运用ANSYS软件建立符合真实结构系统的有限元模型,将起重机臂架系统视为更加符合实际情况的弹性体,研究在货物的整个搬运变幅过程中,弹性和刚性变幅系统吊点高度随幅度的变化差异,即考虑多弹性体较多刚性体的变形量随幅度的变化情况,拟合出起升高度方向变形量相对幅度的多项式方程,作为后续优化设计目标函数的组分。以往对门座起重机臂架系统各构件尺寸参数的优化设计仅将臂架系统视为刚体而忽略了真实工况下臂架系统在受载时的弹性变形对轨迹的影响。这里以实现在变幅过程中,吊点尽可能沿着接近水平线的轨迹移动为目标,对门座起重机臂架系统的各构件尺寸参数进行优化设计,在建立门座起重机四连杆臂架刚性系统和弹性系统两种模型下,对比研究了吊点轨迹的曲线变化规律,引入弹性变形量作为优化设计考虑因素之一,实现了指定的门座起重机臂架系统各构件尺寸的优化设计。这些研究对提高起重机作业稳定性和效率、改善系统作业动态性能和延长机械寿命都起到了积极作用。
【关键词】：门座起重机 四连杆变幅系统 多体运动学和动力学分析 有限元弹性分析 优化设计
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH213.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 绪论7-13
• 1.1 研究的目的和意义7-8
• 1.2 国内外相关研究状况8-10
• 1.3 本文主要研究内容10-13
• 第2章 变幅臂架系统的多体运动学矩阵法13-29
• 2.1 门座起重机四连杆组合臂架系统13-15
• 2.1.1 四连杆式组合臂架系统的结构形式和工作原理14-15
• 2.2 变幅臂架系统多体运动学矩阵分析15-20
• 2.2.1 门座起重机工况及性能参数15
• 2.2.2 数学模型的建立15-17
• 2.2.3 四连杆组合臂架系统运动学的矩阵法17-18
• 2.2.4 拉杆及活对重质心运动计算18-19
• 2.2.5 臂架质心运动计算19
• 2.2.6 象鼻梁头部货物吊点运动计算19
• 2.2.7 象鼻梁质心动计算19-20
• 2.3 分析结果20-27
• 2.3.1 各构件质心坐标随幅度变化规矩20-22
• 2.3.2 各构件质心速度随幅度变化规律22-23
• 2.3.3 各构件质心加速度随幅度变化规律23-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第3章 变幅系统阻力计算的瞬心回转功率法29-43
• 3.1 瞬心回转功率法原理29-30
• 3.2 变幅阻力的计算30-40
• 3.2.1 物品非水平位移引起的变幅阻力31-34
• 3.2.3 偏摆力在齿条上引起的变幅阻力34-35
• 3.2.4 臂架系统自重未能完全平衡引起的变幅阻力35-37
• 3.2.5 臂架上风载荷引起的变幅阻力37-38
• 3.2.6 臂架系统回转离心力引起的变幅阻力38-39
• 3.2.7 变幅机构各构件变幅加速度引起的惯性阻力39-40
• 3.3 等效计算载荷的确定40-41
• 3.3.1 计算载荷的组合40
• 3.3.2 电动机发热计算的齿条等作用力40-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第4章 四连杆臂架系统参数化分析43-55
• 4.1 ANSYS的使用43-44
• 4.2 臂架系统分析的参数化建模44-49
• 4.3 载荷的施加49-51
• 4.4 弹性分析求解51-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 基于弹性变形的四连杆臂架系统优化55-67
• 5.1 变幅机构优化模型57-58
• 5.2 缩减维度的近似水平轨迹二次优化数学模型58-63
• 5.2.1 设计变量62
• 5.2.2 目标函数的建立62
• 5.2.3 约束条件62-63
• 5.3 臂架系统遗传算法优化63-65
• 5.4 本章小结65-67
• 第6章 结论与展望67-69
• 6.1 结论67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 攻读硕士期间发表的论文75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 朱春霞;朱立达;刘永贤;蔡光起;;并联机器人多柔体系统协同建模与动力学仿真[J];东北大学学报(自然科学版);2008年03期

2 李勇智;陈定方;;门座起重机的一种新型变幅系统及其设计方法[J];工程设计学报;2006年04期

3 张卫利;王全先;;基于Pro/Intralink的门座起重机三维数字化并行设计系统[J];起重运输机械;2009年01期

4 黄祥声;曾钦达;;基于Pro/E与ADAMS的门座起重机动力学仿真[J];起重运输机械;2012年02期

5 龚苏生;徐长生;;门座起重机臂架系统在起升动载激励下的动态特性研究[J];起重运输机械;2012年07期

6 赵爽;;门座起重机变幅机构的遗传优化[J];上海电机学院学报;2007年01期

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本文编号：281824