新型下舱式起重机吊臂的动态特性研究与轻量化设计

摘要

随着社会经济的不断发展，港口所带来的经济效益对于其匹配腹地的发展具有决定性的作用。码头的装卸货效率，尤其作为整个码头作业线源头的船舱内的作业效率牵制着整个港口的发展。研究舱内作业起重机，高效发挥其作用是一个可长期深入研究的课题。作为起重机最重要部件之一的吊臂也被普遍关注，其设计的好坏是决定整机性能和成本的关键因素。吊臂除了要具备足够的强度和刚度，还要足够轻巧，而通过优化设计来减轻吊臂的自重则是提高其经济性，节约成本的主要方法。本文针对一款新型履带式下舱起重机的吊臂作为研究对象，进行动态特性的研究和轻量化设计，具体研究流程包括： 首先，了解与论文研究内容有关的领域的研究现状，明确论文的研究思路。介绍下舱式起重机的结构特点与工作原理，对其吊臂进行受力分析以及运动特性的分析，理论推导出吊臂在作业过程中，任意工况下吊臂的速度与加速度表达式。 其次，在SolidWorks中对吊臂进行三维建模，为之后的动力学仿真、有限元仿真以及吊臂的轻量化设计奠定基础。运用Adams对吊臂建立动力学分析模型，提取伸缩臂在特殊变幅角度下的速度、加速度值与理论推导值做对比，验证理论推导的正确性。运用Workbench对吊臂进行有限元静力学分析，针对不同的工况进行刚度、强度的校核；通过动力学模态分析验证吊臂的安全性，为下一步轻量化做准备。 最后，针吊臂的危险截面进行了优化设计，采用的方法是拓扑优化中的变密度法，以改变截面形式从而实现轻量化。利用Optistruct的拓扑优化模块进行软件分析，得到了理论上的力最优传达路径，结合经验和实际生产，对拓扑结果进行修型，再次建模进行静力学仿真，校核轻量化后的模型的刚度、强度等性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 相关领域的研究现状

1.3 论文主要研究内容

第2章 下舱式起重机吊臂的结构设计和受力分析

2.1 吊臂的结构设计

2.2 吊臂的运动特性及力学性能分析

2.3 本章小结

第3章 下舱式起重机吊臂动力学仿真分析

3.1 吊臂三维模型的建立

3.2 吊臂动力学仿真

3.3 本章小结

第4章 下舱式起重机吊臂有限元分析

4.1 吊臂有限元静力学分析

4.2 各工况有限元分析

4.3 吊臂有限元模态分析

4.4 本章小结

第5章 下舱式起重机吊臂轻量化设计

5.1 结构轻量化设计问题

5.2 拓扑优化法的基本原理与方法

5.3 吊臂截面轻量化方法选取和数学模型建立

5.4 下舱式起重机吊臂截面轻量化

5.5 基于拓扑密度云图的后处理

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果