大吨位双回转铁路起重机底架优化设计及研究

摘要

本论文利用有限元分析软件ANSYS分析研究2888t(·)m大吨位双回转铁路起重机的底架结构。根据起重机工作工况，提出了一个初始方案，用ANSYS进行了多种建模方式进行有限元分析，找出较符合实际工况合理的计算模型，再进行优化设计，最后进行稳定性校核。
　　 首先论文对国内外的铁路和铁路起重机的发展进行简单的概述，然后介绍了铁路起重机底架传统算法和有限元算法。以及应用到底架有限元分析中的单元、网格、节点耦合、板壳单元与实体单元连接用的约束方程法等相关技术。本论文在回转中心支承处运用APDL对变载荷进行加载，并考虑底架、支腿、液压油缸等进行整体建模，对支腿与底架主体连接处进行了耦合和刚接两种不同的处理办法，采用液压油缸和地面考虑接触与液压油缸和地面全部约束平面移动自由度的两种不同建模方式，对比了几种不同组合模型对底架的受力和应变的影响。
　　 针对初始方案的几种危险工况进行分析及校核。底架支腿的抬腿量关系到起重机工作的稳定性和安全性。本论文将理论计算和有限元分析得出的支腿反力进行对比，来模拟实际支腿抬腿量的情况。
　　 按照初始方案设计底架在应力和变形量上都比较小，可以考虑底架的轻量化设计。利用有限元优化理论对底架前四种危险工况分别进行优化设计，在得出的结果中，综合考虑圆整后结果再进行每种工况的校核。对后面几种吊臂在全平面内回转的工况，取吊臂与底架对角线垂直的角度进行校核。全部校核通过就满足了底架的轻量化设计的要求。
　　 最后随着起重机起重量和起重力矩不断的增加。德国生产的底架的结构进行了改进，在原来的底架纵梁中增加了一块纵向钢板，分担纵梁变截面处和底架与支腿连接处的局部应力和确保底架的整体的刚度，特别是回转支承附近的刚度，保证底架的其他构件的稳定性。
　　 对底架的整体稳定性，纵梁翼缘板和腹板进行稳定性的校核。在理论计算底架稳定性的基础上，ANSYS中线性特征值屈曲分析也能计算出临界屈曲载荷，保证底架工作时的局部稳定性。
　　 本文探讨了底架设计的几种方案和有限元分析方法，并对箱型底架结构进行了优化设计，提出了大鱼腹梁的新型结构，为以后我国大吨位双回转起重机设计提供了很多参考意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 我国铁路建设现状

1．2 国内外铁路起重机的概况及其发展方向

1．2．1 我国铁路轨道起重机应用中的问题分析

1．2．2 国内外铁路起重机发展方向

1．3 论文的研究意义主要内容

1．3．1 论文的研究意义

1．3．2 论文的主要内容

1．3．3 论文的工作和贡献

第2章 铁路救援起重机底架结构方案设计

2．1 铁路救援起重机底架

2．2 铁路双回转起重机的特点

2．3 铁路起重机底架的传统算法

2．4 底架的作用载荷

2．5 本章小结

第3章 基于ANSYS的铁路起重机底架有限元分析

3．1 相关技术方法

3．1．1 底架应用的单元

3．1．2 单元选择

3．1．3 底架结构简化

3．1．4 底架中不同单元的组合处理

3．1．5 耦合

3．1．6 接触

3．2 有限元计算模型

3．2．1 五种建模方案

3．2．2 新型支腿

3．3 2888t·m铁路救援起重机底架的结构设计

3．3．1 铁路起重机的技术要求

3．3．2 底架载荷的加载

3．4 有限元分析结果

3．4．1 所有工况下的应力和应变值

3．4．2 危险工况1的应力和应变

3．4．3 底架的滑移

3．5 底架支腿反力

3．5．1 受力分析

3．5．2 计算方法

3．5．3 最大支腿反力

3．5．4 支腿反力有限元计算结果

3．6 本章小结

第4章 起重机底架结构的优化

4．1 优化设计及方法

4．1．1 优化变量

4．1．2 约束条件

4．1．3 目标函数

4．2 底架的参数化建模和工况

4．2．1 底架的优化设计结果分析

4．2．2 底架优化后校核

4．4 新型的底架结构

4．5 本章小结

第5章 底架稳定性校核

5．1 底架的抗失稳核算

5．2 板的局部稳定性计算

5．2．1 翼缘板稳定性校核

5．2．2 腹板的稳定性校核

5．3 底架的屈曲分析

5．3 本章小结

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果