一種新型起重機(jī)吊臂的輕量化設(shè)計(jì)與研究

 

    2吊臂截面形式的確定吊臂由上下翼緣板和腹板焊接而成，是非對(duì)稱的類橢圓截，如所示。此截面與傳統(tǒng)的箱型及多邊形截面相比，特點(diǎn)是：（D前后滑塊分別支承在圓角處，能傳遞大部分側(cè)向力，無(wú)需另加側(cè)向支承，且能較好的傳遞扭矩與橫向力。（2）當(dāng)承受滑塊局部應(yīng)力時(shí)候，由于曲邊截面良好的力學(xué)性能，使得上下翼緣板板厚更小。（3）下翼緣板和腹板的實(shí)際計(jì)算寬度較小，曲板相對(duì)于平板剛度系數(shù)大，抗屈曲性能強(qiáng)，有利于提高抗失穩(wěn)能力。（4）大圓角可以有效減少平板的寬度，并且對(duì)平板形成很強(qiáng)的嵌固大大提高其局部臨界力。綜上所述，該種截面可以較好發(fā)揮材料的機(jī)械性圖I各節(jié)臂設(shè)計(jì)變量3吊臂有限元分析3.1參數(shù)化實(shí)體模型的建立在DM模塊中建立吊臂模型，建模過(guò)程中將每節(jié)臂的各個(gè)板厚、三節(jié)臂的腹板高度及其腹板間距設(shè)置成變量，即中的P1~Pn共11個(gè)設(shè)計(jì)變量，模型及設(shè)計(jì)變量與Mechanical模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。

 

    3.2載荷計(jì)算及約束處理在Mechanical模塊中進(jìn)行吊臂有限元分析，滑塊材料采用鑄青銅，吊臂采用高強(qiáng)鋼，并按歷類載荷計(jì)算。其中，仰角a=32°，起升載荷Q=1212.750kN，鋼絲繩拉力S=212.763kN，側(cè)向載荷T=100.656kN，重力加速度g=9.8m/s'2，吊臂優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型如下：滑塊滑塊燮04.2基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)面設(shè)計(jì)為了選取典型樣本，并且減少計(jì)算時(shí)間，采用DOE（實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）法。在測(cè)量數(shù)據(jù)融合研究中，唐克倫以視覺(jué)測(cè)量的空間截面曲線為初始曲線，以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)定的經(jīng)半徑補(bǔ)償后的位置點(diǎn)為曲線變形給定的型值點(diǎn)，通過(guò)曲線變形使新構(gòu)建的曲線通過(guò)型值點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合，提高了主動(dòng)視覺(jué)提取輪廓的精度口。高瑩忠將三維激光測(cè)量技術(shù)和立體視覺(jué)技術(shù)相結(jié)合，用立體視覺(jué)獲取數(shù)據(jù)的靈活性彌補(bǔ)三維激光測(cè)量技術(shù)的易漏采缺陷，通過(guò)二者的數(shù)據(jù)融合獲得較完整的模型數(shù)據(jù)利用逆向工程中接觸式測(cè)量精度明顯高于非接觸式（掃描）測(cè)量精度的這一特點(diǎn)，提出了一種基于曲面變形技術(shù)的接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量數(shù)據(jù)融合的方法，即把零件掃描后的點(diǎn)云經(jīng)逆向建模作為初始變形曲面，在零件的復(fù)雜曲面上用接觸式測(cè)量方法測(cè)量一系列特征點(diǎn)作為變形條件，導(dǎo)入ThinkDesign軟件中通過(guò)曲面變形的方式對(duì)初始模型進(jìn)行調(diào)整，以此提高逆向建模的精度。在逆向建模時(shí)，由掃描儀獲取的零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)逆向建模軟件處理，一般都可以體進(jìn)行優(yōu)化以后，考慮到加工條件，需要對(duì)優(yōu)化值進(jìn)行圓整，從表2中可以看出，對(duì)板厚圓整后，吊臂的強(qiáng)度滿足要求，優(yōu)化后的吊臂重量減少了21.09%，吊臂自重明顯降低。通過(guò)對(duì)圓整后的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算，吊臂的剛度也滿足要求，此處不再贅述。（4）結(jié)果表明，將基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)面法和多目標(biāo)遺傳算法優(yōu)化有效地結(jié)合起來(lái)，在致力于解決一些非線性程度較高的問(wèn)題上，優(yōu)勢(shì)明顯。該方法對(duì)于包括大型起重機(jī)在內(nèi)的相關(guān)工程機(jī)械設(shè)計(jì)，具有推廣意義。