100t伸缩臂履带式起重机臂架结构设计及优化研究.doc

100t伸缩臂履带式起重机臂架结构设计及优化研究摘要： 为确保100 t伸缩臂履带式起重机臂架结构设计的合理性，采用壳单元建立该起重机的有限元模型，用ANSYS计算臂架结构应力和应变，得到臂架的应力和应变分布，验证臂架的强度和稳定性.在起重机性能满足要求的情况下，以减轻结构自重为优化目标，以截面尺寸为优化设计变量，用ANSYS对臂架进行优化设计.优化设计后的臂架满足设计规范，臂架截面尺寸缩小、自重降低，整机性能得到提高. 关键词： 履带式起重机； 伸缩臂； 强度； 稳定性； 有限元； ANSYS 中图分类号： TH213.7；TB115.1 文献标志码： B Design and optimization analysis on boom structure of 100 t telescopic boom crawler crane WANG Zhenbing， LI Aimin (School of Mechatronic Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, Jiangsu, China ) Abstract： To ensure the structure design rationality of 100 t telescopic boom crawler crane, the finite element model of 100 t telescopic crawler crane is built by shell element, the stress and strain of the boom structure are calculated by using ANSYS, then the stress and strain distributions of the boom are obtained, and the strength and stability of the boom are verified. Under the condition that the crane performance meets the requirements, taking the decrease of structure dead weight as optimization object and section dimension as optimization design variable, the boom is optimized and designed by using ANSYS. The boom meets design code after optimization and design, the boom section dimension and dead weight are reduced, and the performance of the whole structure is improved. Key words： crawler crane; telescopic boom; strength; stability; finite element; ANSYS 起重机是工矿企业广泛使用的一种起重运输机械,臂架是主要承载构件,其设计是否合理直接影响起重机的承载能力、整机稳定性和整机自重等.纵观国内外流动式起重机臂架设计,大多采用的臂架截面形式是多边形截面.采用传统力学方法设计的起重机臂架,不但计算复杂,而且计算精度较低；设计时往往采用较大的安全因数, 浪费材料，导致设备笨重.因此,减轻起重机臂架自重对提高整机经济技术指标有重要意义. 有限元优化设计与通常的机械优化设计相比更精确、简捷，一方面可避免繁琐的编程工作;另一方面,优化过程中可提取应力集中处的最大应力,并以此为约束条件满足设计要求.［1］本文首先叙述伸缩臂的结构模型，然后用ANSYS对起重机臂架进行应力、应变分析，最后以ANSYS为工具,臂架结构自重为优化目标,强度、刚度为约束条件,对起重机的臂架进行有限元优化设计. 1 伸缩臂履带式起重机臂架结构简介 所设计的伸缩臂履带式起重机是6节伸缩式结构，臂架由6节臂组成，具体结构见图1.其中，基本臂1与转台通过销轴铰接，并且在中下部与变幅油缸7铰接.伸缩臂2～6靠伸缩油缸支撑在基本臂内，通过滑块8导向；伸缩臂通过基本臂内部油缸9的伸出和回缩实现臂架伸缩.臂架采用全液压控制，具有结构紧凑、体积小等特点.根据人们对各种截面形式的优化改进,本文采用大圆角槽形截面设计臂架，臂架截面见图2. 2 有限元分析 2.1 臂架有限