大型雙梁桁架門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化研究.pdf

1、門式起重機(jī)是一種重要的物料搬運(yùn)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于廠礦、車站、港口、電站等生產(chǎn)領(lǐng)域中。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，它不僅在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的位置，而且在社會生產(chǎn)和生活的領(lǐng)域的應(yīng)用也不斷擴(kuò)大。160t雙梁桁架門式起重機(jī)門架鋼結(jié)構(gòu)的重量占整機(jī)重量的60％以上，是整個起重機(jī)工程系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。該鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和安全可靠性直接決定了起重機(jī)的工作能力和工作質(zhì)量；同時，不合理的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)會降低對資源的利用率。因此，對起重機(jī)門架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究分析已成

2、為該設(shè)計領(lǐng)域的研究重點。
　　 本文針對這一情況，采用現(xiàn)代設(shè)計方法，對某造船用160t雙梁桁架門式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計理論進(jìn)行研究。論文首先分析了目前國內(nèi)外起重機(jī)的研究水平及發(fā)展趨勢，根據(jù)造船廠的設(shè)計要求，對160t雙梁桁架門式起重機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了深入的理論研究，提出了較為先進(jìn)的設(shè)計方案，并在ANSYS軟件中建模，進(jìn)行有限元強(qiáng)度和剛度分析。在此基礎(chǔ)上，對所設(shè)計的起重機(jī)建立了優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化計算，完成對桁架

3、門式起重機(jī)主梁截面尺寸的優(yōu)化設(shè)計，并對優(yōu)化結(jié)果圓整處理，在ANSYS中重新建模，對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性分析進(jìn)行了驗證。具體內(nèi)容分為以下幾個部分：
　　 ①分析、研究雙梁桁架門式起重機(jī)工作裝置的特點，針對本課題中起重機(jī)重量輕、剛度好、作業(yè)空間大、作業(yè)效率高等設(shè)計要求，對160t雙梁桁架門式起重機(jī)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計研究，同時對起重機(jī)主梁及支腿采用規(guī)范化設(shè)計，然后確定各個設(shè)計參數(shù)。提出了160t桁架式門式起重機(jī)的整體設(shè)計方案，并對結(jié)構(gòu)

4、進(jìn)行選型。
　　 ②用ANSYS軟件建立了三維實體模型，通過對雙梁桁架門式起重機(jī)的計算載荷分析、工況分析、強(qiáng)度和撓度分析，在ANSYS軟件中對起重機(jī)模型在六個最危險工況下，進(jìn)行了有限元的靜力學(xué)分析，驗證其強(qiáng)度和剛度，并與初始設(shè)計值進(jìn)行了對比分析；最后運(yùn)用力矩法，計算了起重機(jī)的和力矩，驗證了本文所研究起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性滿足穩(wěn)定性要求。
　　 ③以起重機(jī)單根主梁的重量為目標(biāo)函數(shù)，以桁架桿件的強(qiáng)度和剛度為限制條件，主梁的主要

5、截面各個參數(shù)為設(shè)計變量進(jìn)行了優(yōu)化。此優(yōu)化問題屬于多變量、有約束和非線性的復(fù)雜優(yōu)化問題，本文采用新型優(yōu)化算法——遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化。調(diào)用MATLAB中遺傳算法工具箱編制程序進(jìn)行優(yōu)化，得出了主梁各截面主要參數(shù)的最優(yōu)值，達(dá)到了優(yōu)化的目的。
　　 ④將優(yōu)化分析得出的結(jié)果與設(shè)計階段的分析結(jié)果進(jìn)行分析比較，圓整后重新在ANSYS中建模并分析計算，對雙梁桁架門式起重機(jī)的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行再次驗證，優(yōu)化后的整體重量比設(shè)計計算的重量減輕了11.76％。