开题报告-壁形式悬臂起重机结构设计

若须定制全套设计，请联系扣扣九七一九二零八零零。 中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 毕业设计开题报告 学 生 姓 名： 系 名 ： 机械工程系 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 设 计 题 目 ： 壁形式悬臂起重机 结构 设计 指 导 教 师 : 吴淑芳 2016 年 3 月 21 日 毕 业 设 计 开 题 报 告 文 献 综 述 言 壁行式起重机是在壁柱式旋臂起重机的基础上研制的一种新型物料吊运设备。该机 运行于 3 条轨道上 ， 安装于厂房的立柱支撑上 ，沿着道轨可做纵向运动 ，同时电动葫芦又可完成沿悬臂的横向运动以及垂直方向的起吊。另外壁行式起重机具有独立的行走轨道，行走在常规桥式起重机之下，它不同于常规的工作岗位旋臂吊，可以同时服务于多个工作岗位，极大的扩展了作业范围，更为有效的利用了厂房空间，对大跨径厂房提供合适的起重机工作区域，使用效果更加理想。适用于库房，码头，货物作短距离搬运装卸之用，为钢结构厂房或生产流水线提供理想的起重机械，使用安全可靠，转动灵活，从而减轻工人的作业强度，提高生产率。 臂起重机概述 悬臂起重机是近年发展起来的中小型起重装备，结构 独特，安全可靠，具备高效、节能、省时省力、灵活等特点，三维空得内随意操作，在段距、密集性调运的场合，比其它常规性吊运设备更显示其优越性。本产品广泛用于各种行业的不同场所。悬臂起重机工作强度为轻型，起重机由立柱，回转臂回转驱动装置及电动葫芦组成，立柱下端通过地脚螺栓固定在混凝土基础上，由摆线针轮减速装置来驱动旋臂回转，电动葫芦在旋臂工字钢上作左右直线运行，并起吊重物。起重机旋臂为空心型钢结构，自重轻，跨度大，起重量大，经济耐用。内置式行 旋臂吊 走机构，采用带滚动轴承的特种工程塑料走轮，摩擦力小，行走 轻快；结构尺寸小，特别有利于提高吊钩行程。 (1)悬臂起重机简介 起重机，指用吊钩或其他取物装置吊挂重物，进行取物、搬运作业的机械。日常生活中所说的“吊车”、“塔吊”、“天车”、“行车”等都是起重机的俗称。起重机按结构可分为桥架型起重机、缆索型起重机和臂架型起重机三大类，而臂架型起重机又可分为悬臂起重机、塔式起重机、门座起重机和流动式起重机。 悬臂起重机，指取物装置旋挂在臂端或旋挂在可沿悬臂运行的起重小车上，悬臂可 回转，但不能俯仰的臂架型起重机。悬臂起重机具有结构紧凑、动作灵活、操作方便等优点，在 工业企业中被广泛使用 2。悬臂起重机按构造可分为立柱式、壁挂式、平衡起重机三种形式。 (2)国内起重机发展概况 中国的起重机产业诞生于上世纪 70 年代，经过 40 余年的发展，经历了 70 年代引进苏联技术， 80 年代初引进日本技术和 90 年代初引进德国技术等三次主要技术改进，始终走着一条自主创新的道路 3。目前，经过二十余年的发展，我国的旋臂起重机已逐渐形成了规模化、集团化和机械化，并有着良好的发展前景。 但是，在使用中，我国的旋臂起重机也发现诸多问题。国产起重机虽然使用性能不亚于国际品牌，但是国产起重机“粗、大、 笨”消耗了过多的材料和能源。使用先进的设计方法对国产起重机进行优化设计，是振兴我国起重机行业之关键所在。 构优化设计概述 (1)结构优化设计简介 结构优化设计是数学规划和计算机技术有机结合的产物，它的出现使力学的任务从被动的分析、校核进入主动设计，这是结构设计上的一次飞跃 4。从已有经验看，与传统设计相比，用优化设计可以使工程降低造价 5%30%5结构优化设计按难易层次可以分为尺寸优化（截面优化）、形状优化、拓扑优化以及布局优化，其中布局优化是前三种优化的组合 7。按设计变量性质可分为 连续变量优化和离散变量优化。在机械工业中，结构优化设计广泛的应用在通用机械、机床、汽车、船舶、航空航天等领域 8。 本课题中所用到的是尺寸优化，是优化关键构件的截面尺寸，优化过程中不需要网格重新划分，是结构优化设计中的最低层次，也是发展最为成熟的层次，但对加深结构优化的认识，使用不同类型的算法提供了宝贵的经验。 (2)结构优化设计发展概况 优化算法方面，早期可追溯到三四十年代的古典微分法与变分法，之后，结构优化采用的是基于直觉的准则法，例如，满应力准则法和满应变准则法。 1960 年史密特首先用数学规划来解决 结构优化设计计算，这是近代结构优化发展的里程碑。 60 年代末，工程技术人员在感性准则法的基础上，提出了诸如基于能量分布准则等理性准则设计法。1969 年， 人提出了最优准则法，使得结构优化计算效率大大提高。 70 代，人们把 件作为最优结构满足的准则，使得准则法的通用性和 理论性得到提高与加强。针对数学规划法效率低而准则法通用性差的缺陷，到 80 年代，这两种方法互相渗透，取长补短，形成了序列近似概念和相应的序列近似规划法。随着研究的深入与多学科交叉发展，遗传算法、 模拟退火法、神经元网络算法等先进的算法逐渐被引入结构优化设计当中 9 优化理论方面，随着计算机软硬件的发展，结构优化理论不断发展，由单目标扩展到多目标，由线性扩展到非线性，由确定性扩展到随机性，由静力优化扩展到动力优化。所解决的问题由减轻重量扩展到降低应力、提高性能等方面。相信，随着科学技术的进一步发展，优化理论将更加完善，其扩展面也将更加宽广。 构优化软件概述 (1)结构优化设计软件发展历程及现行软件 就优化软件发展历程而言， 70 年代的结构优化程序系统 当时非线性规划的最好成 就 11。在我国，六五、七五期间，华中理工大学开发的 大连理工大学 期的结构优化软件是独立于商用有限元软件的，近年流行的方法是在已有商用有限元软件的基础上增加灵敏度分析和优化功能，发展成为商品化的结构优化软件 12。 就现行软件而言， 统是德国 司开发的结构优化设计软件 ,目前已被广泛应用于汽车、航空和机械制造等众多领域。 一款卓越的有限元 结构分析 和 优化软件 ，广泛应用于零件的拓扑、形状和尺寸优化。 966 年美国国家航空航天局 (了满足当时航空航天工业对结构分析的迫切需求主持开发大型应用有限元程序， 集成的从概念设计的拓扑优化到详细设计的形状和尺寸优化的统一环境 , 为产品设计提供了完整的优化设计功能。 一种常用的非线性有限元软件，采用了 参数化建模 方法，为实际 工程结构 的参数设计与优化，结构修改提供了有力工具。 以有限元分析为基础的大型通用 件，利用 工程实际问题转化为优化模型，减少了优化设计中的编程部分，大大的减少了优化设计的时间与难度 13鉴于 司是世界上最大的 件开发者，同时，用 结构优化设计在国内十分流行，故本课题选用行结构优化设计。 (2)构优化设计简介 化设计过程与传统过程相似，都要先确定好设计变量、约束函数和目标函 数，不同的是，这些数学模型要用参数来表示。 供了两种优化方法，分别是零阶方法与一阶方法，可以处理绝大多数优化问题。其中，一阶 方法更加适合精度的优化分析。但是， 提供的优化方法也存在不足，具体而言，零阶方法搜索空间大，但不容易得到全局最优解，而一阶方法计算量大而费时 15。针对这些缺陷， 以以 言为纽带，与用户自己编写的优化算法相结合，利用 供的平台来处理复杂结构的优化问题 16。 结 本综述对起重机的结构、分类等基本知识进行了简介，对我国起重机的发展历程进行了回顾，指出了国产起重机发展过程中存在的缺陷。同时，对结构优化的概念、发展历程以及常用的结构优化软件进行了简要的介绍。预期通 过本综述对悬臂起重机采用结构优化的重要性有一个深刻的认识，并为合理的选择优化方法与优化软件提供依据。 参考文献 1 李向东 起重运输机械， 2008,2:10 12 2 刘长江 起重运输机械， 2008,11:26 27 3 卢素玲 焦作大学学报， 2011,3:101 102 4 李芳，凌道盛 工程设计学报， 2002,9（ 5） :229 235 5 李晶，鹿晓阳，陈世英 化设计理论与方法研究进展 2007,39（ 6） :21 31 6 蔡新，李洪煊，武颖利等 河海大学学报， 2011,39（ 3） :269 276 7 梁亮山 河南科技， 2010,6（下旬刊） :34 8 史凤兰 中国科技信息， 2010,22:129 134 9 尹莲花，刘莉 战术导弹技术， 2006,5:53 58 10 刘涛 硕士学位 论文 北工业大学， 2004 11 李泉永 桂林电子工业学院学报， 2000,20（ 4） :114 119 12 程耿东，顾元宪，王健 机械强度， 1995,17 （ 2） :68 74 13 余联庆，梅顺齐，杜利珍等 结构优化设计中的应用 2007,5（ 3） :76 77 14 张玉成 件在结构优化设计中的应用 2012,12:256 257 15 杨周妮，吴作伟，雷铁安 化方法与遗传算法在结构优化方面的比较 2004,23（ 7） :4 12 16 李福强，胡卫兵 结构优化设计 第 16 届全国结构工程学术会议论文集（第 1 册） ,北京：中国力学学会工程力学编辑部 毕 业 设 计 开 题 报 告 本课题名称为壁形式悬臂起重机结构设计，研究问题的实质是，了解悬臂起重机工作原理，进行壁形式悬臂起重机的设计，完成壁形式悬臂起重机零部件的三维建模，并绘制二维工程图，用有限元法分析其关键零部件的力学性能，最终，根据分析结果进行关 键件的尺寸优化。 根据研究的问题，我拟采用如下途径来开展研究： 一、根据文献资料与已有的待优化悬臂起重机二维工程图纸了解悬臂起重机结构及其工作原理，经过前期的资料查阅工作，我拟对 3t 的定柱式悬臂起重机进行优化工作。 二、选用 及 件相结合完成建模以及结构分析工作： 当今主流的三维 件之一，具有有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，能够快速准确的完成模型的建立工作。应用 行有限元分析，建模过程会耗费很多时间和精力。虽然 有自建模 功能，但是功能非常有限，只能处理一些相对简单的模型，而处理复杂模型就显得远远不够， 大的参数化设计能力能够很好的弥补这方面的不足。采用两者相结合的方法，能够极大的提高建模速度和建模质量，达到提高效率的目的。 三、建模、分析及优化思路如下： 1、模型建立与图纸生成。完成 3t 定柱式悬臂起重机零部件的 型建立工作，并组成总装图，完成二维零件图与装配图的生成工作。 2、关键件的结构分析。选取悬臂起重机的横梁、立柱等关键件进行结构分析，具体过程如下： （ 1）对原零件进行材料力学 计算。通过计算，以得出各种设计因素的相互关系及对强度、刚度的影响，同时也可起到与后面用 析的结果对比的作用。 （ 2）有限元模型的建立。将在 建模的各个关键件保存为 型，然后在 件中导入其 型。利用 作命令设置分析类型、单元类型和材料参数，然后建立有限元模型并进行自由网格划分。 （ 3）在求解器中加载和求解。合理的定义约束与施加载荷，并进行求解运算。 （ 4）创建分析文件。进入后处理器中提取分析结果，并定义目标函数与状态变量。 将参数化建模、加载求解、目标函数以及状态变量提取部分的命令流汇总生成一完整的分析文件。 3、关键件的尺寸优化。 进入优化设计器 行优化分析。主要过程为： （ 1）指定分析文件 （ 2）声明优化变量 （ 3）指定优化方法 （ 4）执行优化分析 （ 5）查看优化结果 最后，对优化结果进行圆整并加以验证，即可完成尺寸优化工作。 四、进度安排 2 月 17 日 23 日：查阅资料 2 月 24 日