基于Isight进行履带起重机臂架优化设计三一科技.pdf

履带起重机臂架结构优化设计 薛运锋 于国潍 王建明 张戈 上海三一科技有限公司 摘要：针对目前履带起重机臂架设计冗余度过剩等问题，以SCC500E 履带起重机3 米中间节臂为研究对象，选取其截面尺寸及主弦管、腹管结构尺寸为设计变量，以臂架 轻量化为优化目标，结合参数化有限元建模技术，建立扭转工况下优化设计模型。在 iSIGHT 软件中搭建优化流程，进行 DOE 分析与优化设计研究，仿真结果表明，DOE 分析结果与试验结果一致；在保证强度和稳定性的情况下，重量减轻10%。本文的分析 方法和流程可以为臂架系统的优化建模提供参考价值，进而推广到大吨位履带起重机的 臂架优化。 关键词：履带起重机； 臂架； 参数化建模；优化设计 Optimal Design on Jib Structure of Crawler Crane Abstract ：To solve the problem about design redundancy on jib of crawler crane，the optimal design model for SCC500E 3m boom insert was built with Ansys parameter design language, in which the cross section parameters, main chord and lacing parameters were optimization variables, and the lightweight design of jib was optimization objective. The optimization process was created in iSIGHT, and DOE and optimal design was studied. The result shows DOE analysis results agree well with experimental results and the mass of boom insert decreases by 10% in occasion with satisfying intensity and stability. The analysis method and workflow in this paper supplies important reference value for optimal design on jib system, and then can be applied for jib system on large-tonnage crawler crane. Keywords: Crawler crane ；Jib；Parametric modeling ；Optimal design 0 引言 履带起重机主要由上车、下车、臂架等组成。其中，臂架是履带起重机最主要的关 键部件之一，起重机通过臂架直接吊载，实现大作业高度与幅度。臂架的强度决定了最 大起重量时的整机性能，其自重直接影响整机倾覆稳定性。随着起重机向大吨位起重量 和高起升高度发展，对臂架的结构要求越来越高。在保证臂架安全可靠工作的前提下， 对臂架进行合理设计，充分发挥材料的力学性能，降低结构重量，提高臂架的强度和稳 定性，对提高整机性能具有重要的现实意义。 在起重机的传统设计方法中，多是凭借经验和判断，选择和确定结构方案，初选构 件的截面尺寸，然后进行强度、刚度和稳定性的校核和验算。设计工作周期长，效率低， 费用高。同时往往得到的仅仅是可行方案，而不是最优方案。随着计算机技术的发展， 有限元技术和结构优化设计技术迅速发展。近年来，很多学者在结构优化设计方面做了 [1-5] 大量的工作 ，取得了卓有成效的成果。本论文以上海三一科技有限公司生产的 SCCE500E履带起重机3米中间节为例，以其扭转试验工况为基础，在满足强度和稳定性 的前提下，对其进行了结构减重优化研究。本文的分析方法和流程可以为臂架系统的优 化建模提供重要的参考价值，进而推广到大吨位履带起重机的臂架优化。 1 数学模型 优化设计的数学建模，就是描述优化问题的设计内容、变量关系、有关设计条件和