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臂架系统腰绳装置优化研究

周杨  
【摘要】:为满足生产、吊装以及制造等行业对于起吊高度的要求,臂架系统长度在逐年增加。而随着这种长度的增加,问题也在增加。其中之一就是大臂长臂架的起臂问题。因此,在臂架系统中添加了腰绳辅助装置。虽然腰绳装置已安装在各种吨位的起重机上,但是对腰绳装置的设计仍然沿用以往的那种大量重复性试算法上。为摆脱这种费力费时的设计方法,本文从多方面入手,探索腰绳装置的设计规律,并且设计了较为实用的优化方法。具体工作如下: (1)简述腰绳装置的形式、特点和不同的安装型式,以及其对于臂架整体性能的影响;并且介绍了国内外关于腰绳的研究现状。 (2)由于臂架系统有限元建模时较为繁琐,需要对其在保证一定精度的条件下进行简化。本文分析了基于等效刚度、等效惯性矩两类方法的利弊,根据本次优化设计的具体目标,选取了基于位移相等假设的等效惯性矩方法作为基础,同时,因为本次研究对象特殊性——变截面性质不可忽略,设计了一种新的臂架简化手段。 (3)在以往的腰绳设计工作的基础上,总结了在两种典型工况下腰绳装置对不同类型的臂架整体受力性能的影响;运用单因素分析法,研究腰绳装置各设计参数对臂架系统受力的影响;对上述分析结果进行总结归纳,探寻其影响规律。 (4)分析大臂长臂架系统的特点:首先对于超长臂架,由于刚度过小会产生大位移小应变现象,因此需要考虑臂架的几何非线性特征;其次对于轴心压弯构件的臂架结构而言,“二次变形效应”的影响在工程实际与研究中往往不应被忽略;最后,由于腰绳装置的运用,其在最小幅度工况下极可能产生反弯现象。这些影响因素在优化研究过程中都需要被考虑。 (5)分析了ANSYS的优化模块中零阶、一阶优化方法的利弊,在此基础上提出了一种一阶优化流程,避免了两种方法的局限性,发挥其适用性;同时,对比分析了现有的几种优化的优缺点,选择了一种适用于腰绳装置设计的方法一粒子群算法。利用MATLAB编译环境,编写代码实现腰绳装置优化设计。 (6)以660吨履带起重机的带腰绳变截面臂架系统为例,以臂架最小挠度作为优化目标,从优化结果、优化方法收敛性等几方面对比两种优化策略,确定适合于腰绳装置的优化问题的优化方法。


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