大型履带起重机支重轮与履带板设计技术研究

摘要

履带起重机是工程起重机行业的一个重要门类，是现代工程建设施工中不可缺少的大型设备之一。支重轮、履带板作为整车的主要承载部件，其设计和制造质量直接关系着起重机的整机安全，目前国内履带起重机支重轮、履带板的设计研究尚属空白，通常采用类比、仿制的设计方法，该方法主要依赖经验，理论依据不足。因此对支重轮、履带板设计方法的研究及结构优化是非常必要和有实际意义的。 本文以大连理工大学工程机械研究所与山东奥奇重工机械有限公司合作开发的履带起重机系列研发项目为背景，对大型履带起重机支重轮进行基于有限元法的接触力学分析，对履带板进行截面拓扑优化设计，用于指导实际设计。 (1) 针对支重轮，在深入了解接触力学及有限元软件ANSYS中接触行为设置方法的基础上，研究接触应力、等效应力(von Mises stress)与支重轮结构尺寸的关系，提出以有限元等效应力作为设计依据的支重轮设计方法。 (2) 针对履带板，分析拓扑优化中材料变密度法及其相关参数对拓扑优化结果的影响并在HyperMesh软件中建立拓扑优化模型，进行变截面拓扑结构优化，并按等强度变截面设计理论建立数学模型，推导履带板变截面厚度通用公式，为实际施工提供理论及数据支持。 (3)利用Visual Basic编程语言对ANSYS有限元软件进行二次开发，研究支重轮参数化有限元分析方法的实现，使得支重轮的设计实现从结构受力到接触有限元分析一体化；研究履带板变截面厚度参数化设计；编制成一套实用、可靠、通用性强、操作简单的应用程序，以实现大型履带起重机支重轮、履带板的参数化设计。 总之，本文提出的支重轮与履带板设计技术应用于与奥奇重工联合开发的实际项目—QUY350履带起重机设计中，该产品现已投入使用。本文为大型履带起重机设计及整机结构优化，奠定了良好的理论基础，为实际设计工作提供了良好的理论依据，具有实际的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1履带起重机综述

1.1.1概述

1.1.2履带起重机现状及发展趋势

1.2有限元方法及有限元分析软件综述

1.2.1有限元方法概述

1.2.2有限元分析软件概述

1.3本文研究工作及主要内容

1.3.1选题的背景和意义

1.3.2工作内容

1.4本文的组织安排

2履带起重机支重轮、履带板工作原理

2.1支重轮结构形式与工作原理

2.2履带板结构形式与工作原理

2.3本章小结

3基于接触力学的支重轮设计方法

3.1接触理论研究

3.2 Hertz接触方程

3.3有限元接触问题原理

3.3.1弹性接触问题分析

3.3.2 ANSYS有限元软件接触分析

3.4算例分析

3.4.1有限元模型建立

3.4.2接触区域的处理

3.4.3结果分析

3.4.4结果回归分析

3.4.5结论

3.5本章小结

4履带板截面拓扑优化结构设计

4.1结构优化设计

4.1.1拓扑优化基本原理

4.1.2拓扑优化方法理论

4.1.3基于SIMP方法的优化准则算法

4.2等强度设计方法推导

4.3算例分析

4.3.1有限元模型建立

4.3.2拓扑优化结果

4.3.3等强度设计结果分析

4.4本章小结

5支重轮、履带板设计模块开发

5.1结构受力计算

5.1.1履带接地比压理论

5.1.2支重轮受力计算

5.2参数化设计语言(APDL)与数据接口

5.2.1参数化设计语言(APDL)简介

5.2.2 ANSYS数据接口

5.3系统开发工具Visual Basic简介

5.3.1 Visual Basic工作机制

5.3.2数据存放及连接

5.4模块设计程序应用示例

5.5本章小结

结 论

参考文献

附录A支重轮计算APDL程序示意代码

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢