桥式起重机小车架轻量化设计研究

发布时间：2017-04-13 09:41

  本文关键词：桥式起重机小车架轻量化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：轻量化技术是指采用优化结构、优选材料、优选加工方法等方式，减轻机械零部件或整机的质量，从而达到提高产品性能、降低成本、节能减排等综合效益的一项技术。我国生产的桥式起重机大都具有太大的安全系数，这样导致材料浪费，产品结构笨重。 本文以32/160t桥式起重机小车架为研究对象，结合轻量化设计的基础理论，得出小车架的轻量化设计方案；然后建立了小车架参数化结构模型，通过对模型有限元分析表明小车架轻量化的可行性和必要性；最后对小车架进行结构拓扑优化，并在优化结果基础上进行了尺寸与形状优化设计，，得到小车架轻量化的最终模型。 介绍了小车架参数化设计系统，细致的描述了系统所生成的参数化模型各部件的主要尺寸，并在此基础上对模型进行简化处理，然后从单元类型、材料属性到网格划分介绍了小车架有限元模型的建立，最后充分利用Ansys有限元分析软件对小车架进行了模态分析和静力学分析。模态分析和静力学分析从整体到局部，对小车架的结果进行分析比较，为后续优化设计奠定基础。 采用均匀化方法，以卷筒梁和组合梁为分析对象，将其柔度作为优化目标，体积为约束条件进行拓扑优化。探讨拓扑优化设计过程中，从基本模型建立、优化区域选择、优化过程控制及优化结果分析与应用等问题。然后在得出的拓扑结构的基础上，综合考虑工艺、装配关系等设计要求，对小车架进行了尺寸及形状优化设计，并对每次优化结果进行校核，最后得到了小车架轻量化模型，并对最终模型作了强度、刚度即稳定性校核，实现减重4.1t，减轻的重量占原车架模型重量的20.6%。 结果证明减重后的小车架不仅强度和刚度性能满足材料要求，而且安全性能更适应工作环境。实现了拓扑优化在桥式起重机小车架结构设计过程中的应用。有限元计算结果存在误差，但对结构设计方案阶段有很好的指导意义。
【关键词】：小车架 轻量化设计 模态分析 静力学分析 拓扑优化
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH215
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 课题背景和意义10-12
• 1.3 国内外起重机设备及设计方法研究状况12-15
• 1.3.1 起重机轻量化设计方法研发状况12-13
• 1.3.2 起重设备轻量化研发状况13-14
• 1.3.3 起重机轻量化研发趋势及动态14-15
• 1.4 论文研究内容15-16
• 1.5 论文结构16-17
• 1.6 本章小结17-18
• 2 小车架轻量化设计理论基础与总体方案18-27
• 2.1 轻量化设计理论基础18-23
• 2.1.1 强度与刚度理论18-20
• 2.1.2 空间问题的有限元解题方法20-22
• 2.1.3 模态分析基础理论与方法22-23
• 2.2 轻量化设计方法与方案23-26
• 2.2.1 轻量化设计方法23-24
• 2.2.2 小车架轻量化设计方案24-25
• 2.2.3 轻量化设计软件25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 3 小车架参数化结构模型及有限元模型的建立27-42
• 3.1 160T 小车架介绍27-29
• 3.2 有限元计算模型的建立29-41
• 3.2.1 小车架参数化结构模型的建立29-39
• 3.2.2 有限元模型的建立39-41
• 3.3 本章小结41-42
• 4 小车架有限元分析42-62
• 4.1 小车架结构模态分析42-50
• 4.1.1 固有频率和模态振型42-49
• 4.1.2 结果分析49-50
• 4.2 小车架静力学分析50-56
• 4.2.1 工况分析及选择50-52
• 4.2.2 小车架静力学计算52-56
• 4.3 小车架典型部件静力学分析56-61
• 4.3.1 卷筒组梁56-58
• 4.3.2 组合梁58-59
• 4.3.3 车轮架和端梁59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 5 小车架结构轻量化设计62-84
• 5.1 拓扑优化设计数学模型63-65
• 5.1.1 优化方法的选择63
• 5.1.2 均匀化方法的数学模型63-65
• 5.2 小车架结构拓扑优化计算分析65-70
• 5.2.1 拓扑优化计算66
• 5.2.2 小车架拓扑优化计算结果分析66-70
• 5.3 小车架尺寸及形状优化设计70-77
• 5.3.1 小车架卷筒组梁优化前后对比73-74
• 5.3.2 小车架电机梁优化前后对比74
• 5.3.3 小车架定滑轮梁优化前后对比74-76
• 5.3.4 小车架端梁优化前后对比76-77
• 5.3.5 小车架优化前后重量对比77
• 5.4 小车架优化后结构校核77-83
• 5.4.1 卷筒组梁校核77-80
• 5.4.2 定滑轮与电机组合梁校核80-82
• 5.4.3 端梁校核82-83
• 5.5 本章小结83-84
• 6 总结与展望84-86
• 6.1 工作总结84-85
• 6.2 工作展望85-86
• 参考文献86-90
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况90
• 其他成果90-91
• 致谢91

【参考文献】

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本文编号：303329