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    1.1.3 桥式起重机的主要参数
    (1)起重量:又称为额定起重量,它是指起重机实际允许的起吊最大负荷量,通常以吨作为单位;
    (2)跨度:起重机主梁两端车轮中心线间的距离,即大车轨道中心线间的距离,以米作为单位;
    (3)起升高度:吊具或抓取装置的上极限位置与下极限位置之间的距离,可称为起升的最大高度,以米作为单位;
     (4)起升速度:起升机构在电动机的额定转速时,取物装置上升的速度,以米/分作为单位;
    (5)运行速度:运行机构在电动机额定转速下运行的速度,以米/分作为单位;
    (6)重量:起重机本身的重量,以吨作为单位;
    (7)外型尺寸:指起重机长、宽、高的尺寸,以米作为单位;
    (8)工作类型:起重机各机构按照其载荷率和工作繁忙程度划分为轻级、中级、重级和超重级四种工作类型[4]。
    1.2 研究背景和意义
    目前,我国起重机械设计观念陈旧,对于起重机械节能和经济性重视不够,导致目前我国在用起重机械金属结构体积庞大,机构传动效率低,驱动功率大,能耗严重。桥架是桥式起重机的主要承载结构,它不仅承受着满载小车的轮压作用,还要通过支承桥架的大车运行车轮,将满载起重机的全部重量传递给了厂房轨道及建筑结构。桥式起重机桥架一般占起重机自重的60%以上[5]。采用合理的桥架构造形式以减轻自重,其意义不仅在于节约本身耗材及降低成本,同时还因减轻了厂房建筑结构的受载而节省基本建设的费用。加强对桥式起重机的研究和改进,促进其不断发展,必将对生产加工企业乃至整个国民经济产生巨大的推动作用。因此对其进行研究,改进其结构使其更加合理,使用更加方便,成本更加低廉,具有重要的现实意义。
    1.3国内外研究现状
    1.4 本文研究内容和方法
    桥式起重机主梁几何模型由三文软件Pro/e建立,导入CAE软件hyperworks进行分析和优化。在几何建模时简化螺栓,小孔等细小结构,并尽量保证钢板的连续,去除在分析中不重要结构。由于各板长度远大于板厚,因此采用壳单元建立有限元模型,以减少网格,提高计算效率。主梁各板间用刚性连接模拟焊接,即各板的相交单元间共节点,以简化模型。在满足起重机强度、静刚度、模态的要求下对其进行结构优化。结构优化设计有三要素,即设计变量、目标函数和约束条件。设计变量是在优化过程中发生改变从而提高性能的一组参数。目标函数是要求的最优设计性能,是关于设计变量的函数。约束条件是对设计的限制,是对涉及变量和其他性能的要求。
    本研究的优化内容为通过对箱型主梁的板厚进行尺寸优化,来实现主梁截面的优化设计。尺寸优化通过hyperworks中自带的optistruct功能实现。设计变量为箱型主梁的各块板厚,目标函数为箱型主梁的总体积,约束条件为起重机的强度、刚度和低阶频率。
     2 有限元法和优化设计概述
    2.1 有限元法概述
    2.1.1 有限元法简介
    有限元法的基本思想课概括为“先分后合”或“化整为零又积零为整”。具体地说:先将连续的求解域离散为有限个单元体,使其只在有限个制定的节点上相互连结;然后对每一个单元选择一个比较简单的函数,近似表达单元的物理量,如单元的应力或位移,并基于问题描述的基本方程建立单元节点的平衡方程组;再把所有单元的方程组集成为整个结构力学特性的整体代数方程组;最后引入边界条件求解代数方程组而获得数值解,如结构的应力分布和位移分布等。其基本假定有:
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