门式起重机支腿系统轻量化设计研究

摘要

门式起重机是广泛应用于各种物料搬运场合的起重运输工具，其金属结构是门式起重机的重要组成部分。支腿系统是门式起重机的支撑和行走核心组成部件，由剐性支腿、柔性支腿、下横梁组成。但是与国外先进的产品相比，国内生产的门式起重机重量普遍比国外重20％～50％，有的甚至更多。在国内外对门式起重机支腿系统的轻量化设计研究方面，很少在整机情况下考虑支腿屈曲稳定性。而影响门式起重机支腿重量的决定性因素不是强度和刚度条件，而是稳定性条件，增加厚度和加劲肋是确保稳定性的最主要方式。因此，研究支腿系统加劲肋的布置对门式起重机起升性能的影响具有重要意义，在此基础上研究通用门式起重机支腿系统的轻量化设计方法。
　　本文以U型和A型门式起重机为研究对象，研究刚柔支腿加劲肋对整机性能的影响，并在此基础上研究门式支腿系统轻量化设计方法。论文的主要内容如下:
　　(1)为了提高门式起重机的设计质量和工作效率，以APDL为二次开发工具，建立了某40t级的U型门式起重机和某50t级的A型门式起重机参数化有限元模型。分析比较了两种门式起重机在工作状态下的强度、刚度、稳定性等特点。
　　(2)以U型门式起重机支腿系统为例，研究了门式起重机刚柔支腿5种不同的加劲肋对整机的屈曲稳定性、静刚度、动刚度、强度的影响规律。
　　(3)在研究了支腿系统加劲肋对整机起升性能影响规律的基础上，利用ANSYS的概率设计(PDS)模块，分析各设计参数的灵敏度，确定了优化设计的设计变量。对支腿系统参数进行轻量化设计，U型和A型门式起重机的支腿系统重量都有了一定的减轻。验证了优化后的门式起重机的起重性能，为起重机支腿系统和类似的结构轻量化设计提供了参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 门式起重机及支腿的简介

1．1．1 门式起重机的简介

1．1．2 门式起重机支腿的简介

1．2 国内外研究现状

1．2．1 门式起重机国外研究现状

1．2．2 门式起重机国内研究现状

1．3 研究的方法和主要内容

1．4 研究的背景及意义

2 门式起重机金属结构有限元建模及分析

2．1 ANSYS二次开发简介

2．2 基本参数的确定及建模

2．2．1 模型基本参数

2．2．2 有限元模型建立

2．3 约束边界条件的确立

2．4 结果分析

2．5 本章小结

3 门式起重机刚柔支腿的加劲肋对整机性能影响

3．1 刚柔支腿加劲肋对整机稳定性影响

3．2 刚柔支腿加劲肋对静刚度影响分析

3．3 刚柔支腿加劲肋对动刚度影响分析

3．4 刚柔支腿加劲肋对强度的影响分析

3．5 本章小结

4 门式起重机支腿系统轻量化设计研究

4．1 灵敏度分析

4．1．1 灵敏度分析基本原理

4．1．2 灵敏度分析过程

4．1．3 计算结果分析

4．2 ANSYS优化简介

4．2．1 优化流程简介

4．2．2 优化方法介绍

4．3 支腿系统结构优化设计

4．3．1 设计变量的选择

4．3．2 约束条件的确定

4．3．3 目标函数的确定

4．3．4 优化方法的选择

4．4 优化结果

4．5 支腿系统轻量化设计方法

4．6 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢