履带起重机臂架结构优化设计

• 作 者: 张晓林
• 机 构: 东北大学
• 出 处: 东北大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 履带式起重机 臂架 有限元 ANSYS 优化设计 APDL

履带式起重机是广泛应用于国民经济各领域的一种起重设备。臂架是起重机的重要承载部件之一，其力学性能的好坏对整机的正常运转有直接影响，是起重机生产企业和用户关注的内容之一。在优化性能的同时降低起重机臂架的重量，能起到降低企业生产成本，节约资源的作用，意义重大。本文从解决上述重要问题的角度出发，以QUY55液压履带式起重机为研究对象，结合实际，对其桁架式臂架进行几何建模、有限元分析和结构优化设计。本文研究的主要内容和步骤如下：
(1)建立力学模型，并做相应简化：主臂与副臂、主臂与拉杆之间的连接为铰接，钢丝绳与主臂、钢丝绳与副臂之间的连接为铰接，支架与钢丝绳、支架与臂架之间的连接为铰接，拉杆与起重机底部回转机构的连接为铰接，主臂根部与回转机构的连接为铰接，钢丝绳和拉杆视为二力杆。这样建立的力学模型保证了力传递的准确性和几何变形协调条件，提高了计算结果的可靠性。
(2)将有限元技术应用于起重机臂架的结构分析中，使结构能够满足强度和刚度要求，并提出改进意见，已成为起重机设计的重要组成部分。用有限元分析软件 ANSYS对起重机臂架金属结构进行几何建模，建立有限元模型并在有限元模型的基础上进行有限元强度和刚度的分析。通过分析得到的应力、应变云图可较精确地掌握臂架上各点的受力情况，了解臂架内部应力的分布规律，获得应力分布图并方便地找出臂架上易破坏的危险点。
(3)结合起重机臂架的设计，建立了起重机臂架优化的数学模型。选臂架的截面尺寸为设计变量，应力及变形条件为约束条件，臂架重量最轻为目标函数，用ANSYS软件优化方法中的一阶方法对起重机臂架进行优化设计，以达到充分发挥材料的性能、实现起重机臂架轻量化的目的，并使优化后的应力应变分布更加均匀合理，且充分利用了材料、减轻了重量、降低了成本。
本文中所有的分析运算、参数优化都是通过APDL语言来完成的。