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原文传递直臂式甲板起重机底座和吊臂结构优化研究

论文题名：	直臂式甲板起重机底座和吊臂结构优化研究
关键词：	甲板起重机;底座;吊臂;数值分析;结构优化
摘要：	直臂式甲板起重机在大多数船舶上都有配备，是货物装卸和搬运的常用设备。底座和吊臂是直臂式甲板起重机整体结构中最关键的，也是受力最复杂的两个构件。底座承受着起重机所有的外载荷及其自身重量，结构合理和承载能力强是对底座的基本要求;吊臂是吊重与起重机回转体之间的桥梁，不但要求承载能力强，还要尽量做到重量轻。总之，底座和吊臂结构的合理性和承载能力对整机性能的影响非常大。　　本文基于某公司产品5t20m直臂式甲板起重机，分析了底座和吊臂的受力情况，并对底座人孔做形状优化，对吊臂做拓扑优化，并根据拓扑优化结果对吊臂结构做相应的改进，以达到减轻重量、提高整机性能的目的。本文主要工作内容和研究成果如下: 　　1.优化空间分析。了解甲板起重机方面相关资料，运用传统解析法对起重机底座和吊臂进行设计校核，又运用现代有限元法，利用ANSYS软件对底座和吊臂做静力学分析。通过两种方法计算结果的对比，说明了以传统解析法设计出的底座和吊臂结构不合理，存在优化空间。　　2.对起重机底座人孔形状优化。对底座进行参数化建模，首先对底座上人孔位置的布置做合理性分析，分析结果表明人孔布置在底座的中间部位最合理。在此基础上，以人孔圆角半径和底座简体壁厚为设计变量，以应力值为状态变量，以底座体积为目标函数，对底座人孔做形状优化。优化结果表明:随着底座壁厚的明显减小和人孔圆角半径的增大，应力没有明显变大，说明了增大人孔圆角半径可有效降低应力集中，底座优化后的总重量比优化前有大幅度减小。最后得出人孔的设计原则:人孔应设在底座的中部位置，且在不影响其使用功能的情况下应让人孔圆角半径尽量大。　　3.对吊臂的拓扑优化研究。对吊臂模型做合理的简化，选定吊臂的两个侧板为优化区域，设定去除材料比例为20％，设定合理的约束条件和优化参数。最终得到了箱型吊臂的拓扑结果，从材料密度云图上得到了两侧板的材料密度重新分配的情况。并根据拓扑优化结果，提出了吊臂结构的改进方案:在吊臂的两个侧板上有规律地开孔。　　4.改进方案的可行性分析。利用ANSYS软件改进吊臂的模型，并进行静力学分析。通过改进前后吊臂的刚度、强度和体积的对比，结果表明:改进后吊臂的重量有大幅度减轻，但其强度和刚度都没有发生明显的变化，均在安全范围内。证明了改进方案的可行性。　　本文对于直臂式甲板起重机底座和吊臂的研究结果，若能成功应用到实际生产中，将能够大幅度提高起重机的整机性能，并可以在不影响起重机工作能力的前提下，减少材料使用量，为企业节约成本，为国家节省资源。本文的研究内容具有很深的实用价值和社会意义。
作者：	刘石磊
专业：	机械工程
导师：	王匀
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文