关于起重机设计及动态性能优化设计的研究分析

材料的选取与确定。起重机材料的选择关系到整个机器设备质量的高低与好坏，不同材料的搭配与组合也同样影响着起重机的制造与应用，只有在最优组合的材料搭配下制造的起重机才能发挥其最大价值。起重机结构材料的选择，一般按照起重机的机构和结构的安全要求、载荷状态等级等因素来进行选择，另还须考虑结合起重机的跨度、起重量和起重高度，根据起重机的特性具体分析，通过科学的研究和精确的计算后，再确定起重机制造最合适的材料。

3起重机结构的设计及其重要性。在机械设计中，最核心、最重要的部分的就是机械的结构设计。机械产品的制造主要面对的是产品的结构构造，为使产品质量得以提高，在结构设计中通常都会对其结构进行计算、实验和分析，同时也为结构设计的质量；机械的结构设计贯穿在机械设计的整个过程，耗费的时间和精力也最大，并在一定程度上可以决定设计的成败；在结构设计时往往还需考虑制造工艺、技术应用，所以结构设计是整个机械性能好坏的重要条件。

三、起重机动态性能优化设计的研究分析

1动态设计的重要性。目前起重机的结构设计大部分都是静态设计，静态设计的主要衡量指标是静强度和静刚性，尽可能取最大的安全系数，来保证起重机结构的使用性能，但这样的设计会致使机械自重大，过于笨重，同时耗费的材料也多，经济损失大，而机械性能也未必能得以提高，所以应进行动态设计来优化机械的性能。通过动力学分析对系统进行模态分析和载荷的动力分析，把有关的约束条件和目标函数用相应的设计变量表示出来，对于一些难以表达的动态性能变量，采用相关的方法对数据通过建模分析，来进行动态设计。

2动态性能优化设计的目的。起重机在运行过程中，各种机构的频繁运行和制动，加上复杂的混合运动，使得起重机的结构承受着强烈的冲击和振动，导致起重机的衰减振动加速；衰减振动会影响到产品的工作效率、可操作性和舒适性，并导致部分结构的疲劳破坏。随着高强度钢材的应用，能够有效地减轻起重机结构的自重，但未能达到机械结构本身应达到的稳定性和运作强度。对起重机进行动态特性的优化设计，可以使高性能机器在运作时降低其振动，在机械的设计阶段对其动态性进行预测，以便提前做好预防工作，避免机械的过度振动和共振强度，提高稳定性，降低机械的振动水平，提升整个机器的工作性能。

3动态性能优化设计的方法。起重机结构的动态性能优化设计的处理方法主要包括“逆问题”与“正问题”两大类。“逆问题”指的通过反求产品结构的设计变量，对已经给定的结构动态特性进行分析；而“正问题”则是按照产品实际结构可变更的设计方案，对设计参数进行修改，并快速分析产品结构的动态特性参数

四、以新型门式起重机的动态优化设计结果为例

门式起重机的设计包含许多方面。首先它的计变量包括主梁腹板内净距；主梁腹板高度；支腿上截面高度；支腿下截面宽度；横梁截面高度；马鞍截面宽度；横梁最小截面宽度；主梁盖板厚度；主梁付腹板厚度；支腿腹板厚度；横梁腹板厚度；马鞍盖板厚度等等。其次是它的金属结构，主梁，小车等。主梁的设计需要很多要求，先是要保证最大的垂直静绕，还要保证桥架的最小满载自振频率。主梁的约束条件：①主梁悬臂端根部最大正应力；②主梁悬臂根部最大剪应力；③主梁跨中危险断面最大正应力。

利用ANSYS有限元软件对新型的门式起重机进行优化，优化的是一组离散化数据，需要根据制造的实际情况对其圆整。根据优化设计圆整的设计变量尺寸，重新建模对新型门式起重机进行分析，分析对比结果如下表示

以质量为目标函数的优化前后对比表

通过对新型门式起重机进行动态分析，确定了动态优化设计的目标函数、状态变量和设计变量，对结构进行动态优化并进行结果分析，通过图表对比我们可以看出：以质量为目标函数的动态优化使起重机结构的质量减轻17.28吨，减幅达到15.94%，经济性得到提高。强度、静刚度和动态性能减弱，并没有超过许用值，还远远低于许用值，这主要是水平位移比较接近许用值，裕度很小，所以结构的水平刚度需要加强，以便于其他设计变量的优化；以频率倒数为目标函数的动态优化起重机结构的质量减轻8.504吨，减幅达7.84%，第二十三阶固有平率值增大了0.1381HZ，增幅达3.12%，起重机的动态性能得到提高，提高不是很明显。但强度、静刚度和动态性都维持在稳定范围，变动幅度相对较小；两种目标函数的优化都有各自的优缺点，前者减轻了质量，后者提高动态性能，但作为起重机来说，减轻结构的质量还是主要的，所以实际情况以质量为目标函数进行优化更为可取。

结束语

随着科学技术的进步，起重机的应用技术不断在改进，更新换代的速度也在加快，并应用于更广泛的科技领域。在高科技背景下，起重机的设计更应该注重动态性能的优化设计，以延长起重机的使用寿命和提升其社会价值。

参考文献

[1]龙树.塔式起重机结构分析与优化[D].东北大学，2008.

[2]杨小明.起重机设计支持系统的思考与探索[J].港口装卸，2011

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