【摘要】： 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(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的位置,而且在社會(huì)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(gè)起重機(jī)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。該鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí),不合理的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)會(huì)降低對(duì)資源的利用率。因此,對(duì)起重機(jī)門架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究分析已成為該設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。 本文針對(duì)這一情況,采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法,對(duì)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(jì)理論進(jìn)行研究。論文首先分析了目前國(guó)內(nèi)外起重機(jī)的研究水平及發(fā)展趨勢(shì),根據(jù)造船廠的設(shè)計(jì)要求,對(duì)160t雙梁桁架門式起重機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的理論研究,提出了較為先進(jìn)的設(shè)計(jì)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(duì)所設(shè)計(jì)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(jì)算,完成對(duì)桁架門式起重機(jī)主梁截面尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì),并對(duì)優(yōu)化結(jié)果圓整處理,在ANSYS中重新建模,對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性分析進(jìn)行了驗(yàn)證。具體內(nèi)容分為以下幾個(gè)部分: ①分析、研究雙梁桁架門式起重機(jī)工作裝置的特點(diǎn),針對(duì)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(jì)要求,對(duì)160t雙梁桁架門式起重機(jī)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究,同時(shí)對(duì)起重機(jī)主梁及支腿采用規(guī)范化設(shè)計(jì),然后確定各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)。提出了160t桁架式門式起重機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案,并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型。 ②用ANSYS軟件建立了三維實(shí)體模型,通過(guò)對(duì)雙梁桁架門式起重機(jī)的計(jì)算載荷分析、工況分析、強(qiáng)度和撓度分析,在ANSYS軟件中對(duì)起重機(jī)模型在六個(gè)最危險(xiǎn)工況下,進(jìn)行了有限元的靜力學(xué)分析,驗(yàn)證其強(qiáng)度和剛度,并與初始設(shè)計(jì)值進(jìn)行了對(duì)比分析;最后運(yùn)用力矩法,計(jì)算了起重機(jī)的和力矩,驗(yàn)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,主梁的主要截面各個(gè)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量進(jìn)行了優(yōu)化。此優(yōu)化問(wèn)題屬于多變量、有約束和非線性的復(fù)雜優(yōu)化問(wèn)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(jì)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(jì)算,對(duì)雙梁桁架門式起重機(jī)的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行再次驗(yàn)證,優(yōu)化后的整體重量比設(shè)計(jì)計(jì)算的重量減輕了11.76%。驗(yàn)證了此改進(jìn)后設(shè)計(jì)方案的正確性和優(yōu)化方法的有效性。
【圖文】：

ns2.2 雙梁桁架門式起重機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定雙梁桁架門式起重機(jī)工作工程中主要受到起吊載荷QP 、風(fēng)載荷WP 、啟動(dòng)或制動(dòng)慣性力hP 、主梁和小車自重以及附屬裝置重力的作用，起吊載荷的作用點(diǎn)沿主梁軌道左右移動(dòng)，支腿底部的下橫梁是整個(gè)承載裝置的基礎(chǔ)。針對(duì)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(jì)要求，對(duì) 160t 雙梁桁架門式起重機(jī)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，同時(shí)對(duì)起重機(jī)主梁及支腿采用規(guī)范化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，視起重機(jī)主梁為簡(jiǎn)支梁，進(jìn)行受力分析，然后確定各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)。2.2.1 主梁桁架主要參數(shù)的確定[16-22]該起重機(jī)采用四桁架式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，起重機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖 2.1 所示。四桁架式主梁桁架由主桁架 1、上水平桁架 2、副桁架 3、斜撐桿 4和下水平桁架 5組成，見(jiàn)圖 2.2 所示。設(shè)計(jì)過(guò)程中，視起重機(jī)主梁為簡(jiǎn)支梁，進(jìn)行受力分析，并結(jié)合式（2.3）和式（2.4），確定各個(gè)截面設(shè)計(jì)參數(shù)。

h—主桁架 1 的弦桿高，m。，由于上水平桁架 2的上弦桿上附有軌道，，因撐桿 4截面選型確定角鋼型號(hào)時(shí)，應(yīng)注意：平桁架 2角鋼的截面積的計(jì)算公式為：需軌 = A A平桁架 5、斜撐桿 4的截面積計(jì)算公式為：角需 = A：A角—角鋼需要的截面面積，m2；A需—桁架桿件需要的截面面積，m2；A軌—軌道截面面積，m2。設(shè)計(jì)中，選取軌道型號(hào)為 QU100，截面面積主桁架 1 的上弦桿采用雙角鋼拼接的形式，20-200-14。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH213.5

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2705864