钢卷立式吊具的分析与优化

摘要

立式钢卷吊具是一种常见的钢卷吊具，其广泛应用于吊运各种冷热轧的半成品或成品钢卷。其设计水平的高低直接影响工作装置性能的好坏，进而影响整个设备的工作效率与经济指标。所以对钢卷吊具的研究具有重要的意义。本文以双臂立式吊具为研究对象，将现代优化设计与有限元分析相结合，利用MATLAB和ANSYS对吊具机构进行分析计算。
　　首先，对双臂立式吊具进行动力学分析。先建立吊具的理论数学模型，在此基础上，利用 MATLAB和 SolidWorks对吊具系统的静力学特性以及动力学特性进行仿真分析，全面掌握吊具系统的力学特性。对吊具夹紧力、夹紧倍数、不掉落条件与吊具的主要参数之间的变化规律进行分析。
　　其次，利用现代优化设计的思路和方法对吊具系统的主要参数进行优化。分析各个设计变量之间的相互关系，将吊具重量最小作为优化设计的目标，列出优化过程的约束函数，最终建立优化的数学模型。利用MATLAB优化工具箱中的fmincon函数对优化的数学模型进行求解。将优化结果进行分析可知被优化的部件重量减少了15％。同时吊具在保证安全的前提下减小了夹紧力，一定程度上减小了吊具对钢卷的损伤。
　　最后，对外钳口的曲线进行优化。根据曲线曲率随接触位置变化而变化的思想，构造了一种钳口曲线。利用ANSYS Workbench对优化前后外钳口和钢卷的接触进行有限元分析，可知优化后接触面积减小12%，接触表面应力峰值减小15%。优化后外钳口和钢卷的接触情况得到一定改善，进一步减小了吊具对钢卷的损伤。

目录

声明

第1章绪 论

1.1课题背景

1.2吊具分类

1.3国内外研究动态

1.4双臂立式吊具问题分析

1.5课题的主要内容

第2章立式钢卷吊具分析的数学建模

2.1引言

2.2双臂立式吊具的工作原理

2.3双臂立式吊具的数学模型

2.4钢卷夹紧力

2.5夹紧倍数

2.6钢卷不滑落的条件

2.7本章小结

第3章双臂立式吊具系统分析

3.1引言

3.2吊具平衡时静力分析

3.3吊具仿真模型的建立

3.4吊具系统的动力学仿真分析

3.5本章小结

第4章双臂立式吊具系统优化

4.1引言

4.2最优化设计概念

4.3最优化模型建立

4.4最优化设计模型的求解

4.5最优化结果分析

4.6本章小结

第5章双臂立式吊具外钳口优化

5.1引言

5.2有限元法简介

5.3现有外钳口不足

5.4外钳口曲线优化

5.5外钳口和钢卷接触有限元分析

5.6优化后外钳口分析

5.7本章小结

结论

参考文献

致谢