基于ANSYS的随车起重机吊臂结构优化设计.pdfVIP

中国科技论文在线 基于ANSYS的随车起重机吊臂结构优化设计 基于ANSYS的随车起重机吊臂结构优化设计 基基于于AANNSSYYSS的的随随车车起起重重机机吊吊臂臂结结构构优优化化设设计计 孙川，黎水平 武汉理工大学机电工程学院，武汉 (430070) E-mail：sunchuan408@163.com 摘 要： 摘 要： 摘摘 要要：：本文以ansys为工具，对随车起重机吊臂的基本臂进行了参数化建模，在保证吊臂 结构强度和刚度的情况下，运用一阶方法对基本臂截面尺寸进行了优化设计。结果表明优化 后的基本臂重量减轻了20.08%，截面尺寸更加合理，不仅降低了材料的消耗和成本，而且 提升了整机性能。 关键词： 关键词： 关关键键词词：：ansys;吊臂；截面；优化设计。 中图分类号：TH218 文献标识码：A 中图分类号：TH218 文献标识码：A 中中图图分分类类号号：：TTHH221188 文文献献标标识识码码：：AA 1.引言 随车起重机是将起重作业部分装在载重货车上的一种起重机。伸缩吊臂是随车起重机起 [1] 重作业部分的重要部件，其重量一般占整机的13%～20% 。因此优化吊臂截面结构，选择合 理的截面形状，减轻吊臂重量，是提高吊臂的刚度，强度，稳定性和吊机整体性能的关键途 径。随车起重机的起重级别属于中低吨位的起重机，吊臂结构普遍为简单的矩形，五边形， 我们选用5吨随车起重机吊臂结构作为研究对象，截面形状为五边形，用有限元分析软件 [2] ANSYS对吊臂结构参数化建模，然后进行优化设计，从而确定更为合理的截面形状 。武汉 理工大学物流工程学院徐新辉用Ansys软件对龙门起重机箱形主梁进行了优化设计，结果使 [3] 主梁重量减轻6.8%，翼缘板减轻20% 。徐州师范大学工学院蒋红旗利用ANSYS软件为工具， 对汽车起重机吊臂结构进行了有限元优化设计，在保证刚度和强度的条件下，使基本臂和伸 [4] 缩臂分别降低了20%和25.3% 。华中科技大学的冯浩利用有限元软件ANSYS对某车载骨架结 [5] 构进行了优化设计，在保证结构刚度和强度的基础上质量减少了16.6％ 。 优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术。所谓“最优设计”，指的是一种方案可 以满足所有的设计要求，而且所需的支出（如重量，面积，体积，费用等）最小，也就是说 设计方案的任何方面都是可以优化的。ANSYS程序提供了两种优化的方法：零阶方法和一阶 方法。这两种方法可以处理绝大多数的优化问题。零阶方法是一个很完善的处理方法，可以 很有效的处理大多数的工程问题。一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，因此更加 [6] 适合于精确的优化分析 。 本文以Ansys为工具，选用一阶方法对吊臂结构进行优化设计，以吊臂自重最轻为优化 目标,以吊臂的强度、刚度、腹板的局部稳定性和焊接工艺允许的最小板厚为约束条件,建立 了数学模型，计算应力分布,对模型参数进行优化，从而确定更合理的结构参数，提高了整 机性能。 2.边界条件和载荷确定 对于5吨随车起重机每节臂的优化设计, 主要选择两种非常重要的工况：基本臂工况 （2.35吨）和全伸臂工况(5吨)。可以先对基本臂工况通过优化设计确定基本臂截面尺寸和 壁厚，其余各节臂的截面尺寸可以根据他们之间的间隙来确定，然后再由全伸臂工况下确定 [1] 其它节臂的壁厚 。本文主要以基本臂工况为例来阐述优化设计的过程。 2.1基本臂工况下的载荷分析 - 1 - 中国科技论文在线