新型起吊设备的研发及优化设计

摘要

随着物流业的蓬勃发展，起吊设备行业也步入一个快速发展的时期，应用越来越广泛。同时，用户对起吊设备的静态性能及稳定性等都提出了更高的要求。以前起吊设备生产厂家根据经验或者很简单的类似计算方法已经不能达到要求，而应该采用详细的算法或先进的计算机辅助设计分析，使起吊设备的质量达到一个新高度。本文以研发一种简易的起吊设备并在SolidWorks中将各个零件建好模型并进行装配、运用ADAMS软件验证其稳定性是否良好、对其内门架进行力学计算、利用ANSYSWorkbench软件对起吊设备内门架进行有限元分析并在此基础上进行优化设计展开的，研究的主要内容包括:
　　(1)研发一种简易的起吊设备，对其外门架、叉架、货又及起重链条等工作装置，动力装置和行走装置运用SolidWorks软件进行三维造型。参数化建立内门架实体模型，最后将各零部件装配并检查其是否发生干涉。模型的建立为起吊设备的有限元分析、优化设计及稳定性分析奠定基础。
　　(2)将起吊设备三维模型导入ADAMS软件中并建立其虚拟样机模型，按照实际工况对其进行动态仿真，获取起吊设备四个支腿的振动益线。
　　(3)对起吊设备内门架进行力学计算，包括内门架承受的外作用力;内力有扭矩、弯矩和双力矩;强度有约束扭转正应力、整体弯曲正应力、接触挤压应力及立柱翼缘局部弯曲正应力;最后进行了刚度计算。
　　(4)采用ANSYSWorkbench软件对起吊设备的内门架进行了静力学分析，得到了其在最危险工况下的等效应力云图和等效位移云图。通过分析，验证了内门架设计的合理性。
　　(5)运用ANSYSWorkbench软件的优化模块，以内门架立柱截面尺寸为设计变量，刚度及强度为约束条件，质量最小为目标函数建立数学模型并进行优化求解。结果显示，优化后的内门架在质量减少12％的情况下，最大等效应力和最大等效位移也降低了，取得了良好的效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 国内外起吊设备发展概况

1．1．1 国内起吊设备发展概况

1．1．2 国外起吊设备发展概况

1．2 起吊设备发展趋势

1．3 优化设计和有限元的发展历史及研究现状

1．3．1 优化设计的发展历史及研究现状

1．3．2 有限元的发展历史及研究现状

1．4 课题研究的目的和意义

1．5 课题研究的主要内容及技术路线

1．5．1 课题研究的主要内容

1．5．2 课题研究的技术路线

1．6 本章小结

第2章 新型起吊设备的研发和三维建模

2．1 起吊设备的研发

2．1．1 内、外门架

2．1．2 叉架

2．1．3 货叉

2．1．4 起重链条及滚轮

2．2 起吊设备三维造型

2．2．1 SolidWorks软件简介

2．2．2 起吊设备各部件三维造型

2．2．3 基于SolidWorks的内门架参数化建模

2．2．4 起吊设备的虚拟装配

2．3 本章小结

第3章 起吊设备稳定性分析

3．1 虚拟样机技术

3．1．1 虚拟样机技术概念

3．1．2 虚拟样机的一般设计流程

3．1．3 虚拟样机技术的应用

3．2 ADAMS软件简介

3．3 ADAMS理论基础

3．4 虚拟样机建模

3．4．1 导入模型

3．4．2 添加材料

3．4．3 添加约束副

3．4．4 施加载荷

3．4．5 定义驱动

3．4．6 模型验证

3．5 结果仿真分析

3．6 本章小结

第4章 起吊设备内门架力学分析与计算

4．1 内门架外力计算

4．2 内门架内力计算

4．2．1 弯矩计算

4．2．2 扭矩计算

4．2．3 双力矩计算

4．3 内门架强度计算

4．3．1 整体弯曲正应力

4．3．2 约束扭转正应力

4．3．3 立柱翼缘局部弯曲正应力

4．3．4 接触挤压应力

4．4 内门架刚度计算

4．5 本章小结

第5章 起吊设备内门架有限元分析

5．1 有限元分析方法概述

5．1．1 有限元基本理论

5．1．2 结构线性静力分析基础

5．1．3 有限元法分析的一般步骤

5．2 ANSYS Workbench软件简介

5．3 内门架有限元模型的建立

5．4 有限元结果分析

5．5 本章小结

第6章 起吊设备内门架优化设计

6．1 优化设计概述

6．2 基于ANSYS Workbench的优化设计

6．3 内门架优化数学模型的建立

6．3．1 设计变量

6．3．2 目标函数

6．3．3 约束条件

6．4 内门架优化设计过程及结果分析

6．4．1 设定优化尺寸取值范围

6．4．2 优化尺寸灵敏度分析

6．4．3 输入参数响应

6．4．4 优化设计

6．4．5 内门架优化后的强度、刚度分析

6．5 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文