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起重机小车架轻量化设计研究具有指导意义
发布时间:2014-10-20

以往起重机安全系数高,但是设计笨重,导致材料浪费,像通常的大型单梁起重机电动葫芦起重机悬挂式起重机。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。

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