单臂架门座起重机臂架系统优化研究

摘要

单臂架门座起重机是港口、码头专用的起重运输设备，主要用来完成货物的装卸、转运和堆码作业，具有灵活机动、作业效率高等优点。作为门座起重机的核心部件，臂架系统设计的好坏将直接影响整机的工作性能，因此对臂架系统进行优化研究具有重要的理论意义和现实意义。
　　本文以单臂架门座起重机臂架系统优化为主线，主要研究工作与结论如下:
　　(1)将臂架系统视为一个整体，采用统一目标函数法建立其多目标优化数学模型，选择混合惩罚函数法并利用MATLAB与C++混合编程技术设计了臂架系统优化软件来实现各铰点位置、各杆件长度和配重的优化，优化结果表明，优化后的变幅阻力矩变化量减少了44％，未平衡力矩变化量减少了33.4％，总势能的波动降低了17.2％，总重量减轻了0.6％。
　　(2)考虑吊重的偏载和侧摆，推导了臂架悬吊结构一般情况的动力学方程，根据起重机实际运动状态，选取最大幅度位置同时起升和回转为分析工况，求解得出优化前后臂架系统所受的载荷随时间变化曲线，为有限元仿真提供基础。
　　(3)采用ANSYS软件对优化前后的臂架系统进行静力学、模态及瞬态动力学仿真。仿真结果验证了优化后的臂架系统力学性能优于优化前，并且可以用于工程实际。
　　(4)对门座起重机的吊具水平运动特性进行了实验。结果表明，实验与仿真结果相互吻合，证明了优化的准确性和可靠性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 门座起重机概述

1．3 单臂架门座起重机的结构及工作原理

1．4 门座起重机臂架系统优化研究现状

1．5 课题研究意义及研究内容

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究内容

2 臂架系统多目标优化

2．1 引言

2．2 臂架系统优化数学模型

2．2．1 目标函数

2．2．2 优化变量

2．2．3 约束条件

2．3 臂架系统优化求解

2．3．1 混合惩罚函数法

2．3．2 臂架系统优化软件实现

2．3．3 优化结果与分析

2．6 本章小结

3 优化前后臂架系统载荷特性分析

3．1 引言

3．2 臂架悬吊结构动力学建模

3．3 臂架悬吊结构动力学求解

3．4 臂架系统的载荷分析

3．5 本章小结

4 优化前后臂架系统性能分析及对比

4．1 引言

4．2 有限单元法与ANSYS软件综述

4．3 优化前后臂架系统静力学分析及对比

4．3．1 静力学分析基本理论

4．3．2 臂架系统有限元模型建立

4．3．3 结果及分析

4．4 优化前后臂架系统模态分析及对比

4．4．1 模态基本理论

4．4．2 结果及分析

4．5 优化前后臂架系统瞬态动力学分析及对比

4．5．1 瞬态动力学基本理论

4．5．2 阻尼的选取

4．5．3 结果及分析

4．6 本章小结

5 实验与结果分析

5．1 引言

5．2 实验目的

5．3 实验设备及条件

5．4 实验原理及过程

5．4．1 实验原理

5．4．2 实验过程

5．5 实验结果及分析

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢