起重机伸缩臂结构优化设计及有限元分析.pdf

声明尸 p 月 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独 立进行研究所取得的成果除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本声明的法律责任由本人 承担 作者签名： 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原科技大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包 括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件、复印件与电子 版；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③ 学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠 送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容( 保密学 位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 导师签名： 中文摘要 中文摘要 liilirililiN l l lr U l l i Hrillir [ 1 i H l l l l i l l i Y 17 8 9 3 6 3 伸缩臂作为伸缩臂式起重机的主要受力构件，其结构性能的好坏不仅影响起重机作 业的安全可靠性，还是决定起重机整机经济性能的重要因素因此，快速有效的设计出 结构特性最优的伸缩臂既是伸缩臂式起重机更新换代技术发展的要求，又是企业在激烈 的市场竞争中立于不败之地的至胜法宝。

本文通过对伸缩臂结构特性分析，将伸缩臂结构简化为两个优化模块：变幅机构三 铰接点位置优化和伸缩臂截面几何尺寸优化通过对伸缩臂变幅机构结构特性和三铰接 点支撑处危险截面受力分析，建立变幅结构三铰接点设计问题的数学模型，采用带约束 条件的多目标杂交粒子群优化算法对其进行优化求解；按照优化的结果，进入由A N S Y S 程序设计语言A P D L 实现的伸缩臂架参数化分析与优化模块，针对不同的截面形式和伸 缩臂节数形成相应的有限元计算模型该模块是以伸缩臂各节臂的截面几何尺寸为设计 变量，伸缩臂整体最大应力和最大位移为状态变量，伸缩臂整体体积最小为目标函数( 伸 缩臂制造材料的密度相同，体积函数与自重函数成正比) ，利用A N S Y S 自身的一阶优 化算法对伸缩臂各节臂的截面几何尺寸进行优化，使伸缩臂的受力更加合理，材料利用 更加充分整体系统是以V i s u a lC + + 6 ．O 为开发平台，首先依据基本设计参数实现变幅 机构铰接位置的优化功能，其次自动调用A N S Y S 系统进入臂架结构的优化分析单元 系统将复杂的、难于理解和掌握的A N S Y S 命令流进行后台封装，只需按界面提示输入 基本数据便能得到满足强度、刚度要求的优化结果。

关键字：伸缩臂式起重机；粒子群优化；有限元优化；参数化设计 中文摘要 ‘ A B S T R A C T A B S T R A C T T h ep r o p e r t ya n df u n c t i o no ft h et e l e s c o p i cb o o m ，w h i c hi st h em a i n l o a d —c a r r y i n gc o m p o n e n to fac r a n e ，n o to n l yi n f l u e n c ec r a n es a f e t yr e l i a b i l i t y i ni t ’Sr e a lp r a c t i c ea l s oak e yf a c ti nd e c i d i n gt h ew h o l eq u a l i t yo ft h ec r a n ea n d i t se c o n o m i cc o s t ．T h e r e b yf a s td e s i g nal i g h t e s ta n df e a s i b l et e l e s c o p i cb o o mi s ap r e s s i n gm u s tf o rt h ed e v e l o p m e n to ft h et e l e s c o p i cc r a n ei n d u s t r y , a n dm a k e t h ee n t e r p r i s e sw o ni n v i n c i b l em a g i ci nt h ef i e r c em a r k e t ． B ys t u d y i n gt h et e l e s c o p i cb o o mi n n e rs t r u c t u r ef e a t u r e ，t h et e l e s c o p i c b o o mc a nb e s i m p l i f i e d i n t ot w oo p t i m i z e dm o d e l ：t h et e l e s c o p i cb o o m d e r r ic k i n gm e c h a n i s mt h r e e - h i n g ep o s i t i o no p t i m i z i n ga n di t ss e c t i o ng e o m e t r y s i z e o p t i m i z i n g ．E s t a b l i s h i n gt e l e s c o p i cb o o mt h r e e —h i n g ed e s i g np r o b l e m m a t h e m a t i c a lm o d e lb ya n a l y z i n g t e l e s c o p i c b o o md e r r i c k i n gm e c h a n i s m c h a r a c t e r i s t i ca n df o r c ec a s eo ft h r e e —h i n g e S u p p o r ti nd a n g e r o u ss e c t i o n ， o p t i m i z i n gi tb yu s i n ga r t i f i c i a li n t e l l i g e n c eM H P S O ( M u l t i —o b j e c t i v eH y b r i d P a r t i c l eS w a r mO p t i m i z a t i o n ) ；A c c o r d i n gt ot h er e s u l to f o p t i m i z a t i o n ，E n t e r A N S Y Sp a r a m e t r i c a n a l y s i s a n do p t i m i z a t i o nm o d u l ei n p r o g r a md e s i g n l a n g u a g eA P D Lr e a l i z a t i o n ．E s t a b l i s ht e l e s c o p i cb o o mf i n i t ee l e m e n tc a l c u l a t i o n m o d e la c c o r d i n gi t ss e c t i o na n ds e s s i o n s ．T h i sm o d e lw i t ht e l e s c o p i cb o o m s e c t i o ng e o m e t r ys i z ea s d e s i g nv a r i a b l e s ，m a x i m u ms t r e s s a n dm a x i m a l d i s p l a c e m e n t a sS t a t ev a r i a b l e s ，m i n i m u mV o l u m ea s O b j e c t i v ef u n c t i o n ( b e c a u s eo fm a t e r i a l sh a v et h es a m ed e n s i t y , V o l u m ea n dw e i g h tf u n c t i o ni s p r o p o r t i o n a l ) ，i no r d e rt om a k et e l e s c o p i cb o o mm o r er e a s o n a b l e f o r c ea n d m o r ef u l l yu s em a t e r i a l s ，o p t i m i z i n ge a c hs e c t i o no f t e l e s c o p i cb o o m ss e c t i o n g e o m e t r y s i z ew i t hf i r s t —o r d e rA N S Y So p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m ．T h ew h o l e s y s t e mb a s e do nV i s u a lC + + 6 ．0f o rd e v e l o p m e n tp l a t f o r m ，f i r s ta c c o r d i n gt O t h eb a s i cd e s i g np a r a m e t e r sr e a l i z ed e r r i c k i n gm e c h a n i s mp o s i t i o no p t i m i z a t i o n f u n c t i o n ，s e c o n da u t o m a t i c a l l yc a l lA N S Y Ss y s t e me n t e rt e l e s c o p i cs t r u c t u r e o p t i m i z a t i o na n a l y s i su n i t ．S y s t e mb a c k s t a g ee n c a p s u l a t i o nc o m p l e x ，d i f f i c u l tt o u n d e r s t a n da n dg r a s p ’SA N S Y Sc o m m a n df l O W , j u s ti n p u tt h eb a s i cd a t ab yt h e l l l w i t h s a t i s f yr e q u i r e m e n to f s w a r mo p t i m i z a t i o n ；F i n i t e 目录 目录 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 伸缩臂式起重机概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 ．1 国外伸缩臂式起重机的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 ．2 国内伸缩臂式起重机的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．1 ．3 伸缩臂式起重机生产发展动向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 伸缩臂式起重机伸缩臂发展概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 课题的提出及主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”5 1 ．3 ．1 选题背景与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．2 工作内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。