起重機(jī)快速輕量化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究及應(yīng)用研究

1、起重機(jī)快速輕量化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究及應(yīng)用研究摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國工業(yè)也在其中獲得了很大進(jìn)步。在實(shí)際生 產(chǎn)活動(dòng)中，起重機(jī)己經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，其也是現(xiàn)代生產(chǎn)活動(dòng)中比較重要的搬運(yùn) 工具之一，其擁有著空間利用率大、運(yùn)行效率高與穩(wěn)定性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是， 目前起重機(jī)還存在結(jié)構(gòu)偏重和材料浪費(fèi)等問題，這些問題對起重機(jī)的發(fā)展造成了 嚴(yán)重阻礙。因此，針對起重機(jī)快速輕量化展開研究就有著很大意義。本文主要對 起重機(jī)快速輕量化設(shè)計(jì)系統(tǒng)展開研究，同時(shí)針對其如何更好的應(yīng)用進(jìn)行分析。 關(guān)鍵詞：起重機(jī)；參數(shù)化；快速輕量化設(shè)計(jì)；應(yīng)用起重機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且擁有著很多的零部件，所以在開展輕量化設(shè)計(jì)過程 中，重復(fù)的建模與分

2、析就會(huì)耗費(fèi)很長時(shí)間與精力。再加上因?yàn)槠鹬貦C(jī)種類與型號 非常多，依據(jù)起重量與實(shí)際跨度等特點(diǎn)還可以分為完全不相同的系列，所以就通 過參數(shù)化與優(yōu)化這兩種設(shè)計(jì)方式，就可以實(shí)現(xiàn)快速輕量化設(shè)計(jì)，減小產(chǎn)品所需要 的設(shè)計(jì)時(shí)間，在最短時(shí)間內(nèi)滿足市場需求，這可謂會(huì)社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)有著很大意義。1、輕量化的概述為了能夠在確保結(jié)構(gòu)性能不會(huì)發(fā)生變化的最大程度上來減輕質(zhì)量，起重機(jī)快速 輕量化設(shè)計(jì)就是選擇輕量化的結(jié)構(gòu)材料、輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高新制造技術(shù)與工 藝等諸多方面。其中，輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是起重機(jī)快速輕量化的重要手段，現(xiàn) 階段，針對其的主要研究分為，通過對拓?fù)洹⑿螤?、尺寸等多方面的?yōu)化設(shè)計(jì)方 式，開展起重機(jī)整個(gè)機(jī)身或者部

3、分結(jié)構(gòu)部件的優(yōu)化?，F(xiàn)代很多研究學(xué)者分別對起 重器的主梁、腹板、臂架等相關(guān)結(jié)構(gòu)開展了拓?fù)鋬?yōu)化，以便實(shí)現(xiàn)材料的充分利用。 但盡管拓?fù)鋬?yōu)化方式能夠?qū)崿F(xiàn)降低重量的目的，同時(shí)也提高了起重機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜 程度，也給工藝制造增加了難度。與拓?fù)鋬?yōu)化相比較，針對起重機(jī)整體優(yōu)化、結(jié) 構(gòu)優(yōu)化、零件尺寸優(yōu)化等方法來完成減重，在現(xiàn)代化工程上的應(yīng)用更加廣泛和普 遍。但是，這種輕量化設(shè)計(jì)方法，需要針對參數(shù)、尺寸等方面反復(fù)優(yōu)化，重復(fù)對 產(chǎn)品模型進(jìn)行修改，需要耗費(fèi)較長的時(shí)間與精力。所以，把參數(shù)化技術(shù)與起重機(jī) 輕量化設(shè)計(jì)方式有機(jī)結(jié)合在一起，就是完成起重機(jī)快速輕量化，減小產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí) 間的關(guān)鍵途徑。2、參數(shù)化與優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的概述參數(shù)化

4、設(shè)計(jì)主要就是利用特征參數(shù)，參與到結(jié)構(gòu)建設(shè)模型、加載和分析等重要 過程屮，能夠?qū)崿F(xiàn)快速輕量化設(shè)計(jì)。例如，有相關(guān)學(xué)者針對環(huán)軌式起重機(jī)開展了 參數(shù)化建模設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在不同的工作情況下起重機(jī)有限元建設(shè)模型與非線性的 實(shí)際分析。而且還構(gòu)建了塔式起重機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，讓塔機(jī)結(jié)構(gòu)、 荷載、材料等在參數(shù)驅(qū)動(dòng)情況下，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與有限元分析等。將計(jì)算機(jī)輔 助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助工程作為基礎(chǔ)，所研發(fā)出的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，能夠讓參 數(shù)化設(shè)計(jì)工作更快速和富有效率。但是從現(xiàn)階段的二次開發(fā)參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件的系 統(tǒng)來看，其還是對起重機(jī)主梁、門架等部件進(jìn)行優(yōu)化，這種對起重機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 還是要經(jīng)過重復(fù)修改設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)

5、不了自動(dòng)尋優(yōu)的目的。為了實(shí)現(xiàn)起重機(jī)快速 輕量化自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，目前就已經(jīng)著重對起重機(jī)快速輕量化設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行了開 發(fā)。其己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對起重機(jī)從建設(shè)模型直到分析整個(gè)過程中的參數(shù)化設(shè)計(jì)，并且 對起重機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析出了會(huì)對輕量化目標(biāo)造成主要影響的設(shè)計(jì)參數(shù)，明確總 結(jié)出了綜合零階、參數(shù)完整、局部等優(yōu)化手段。3、起重機(jī)快速輕量化設(shè)計(jì)方法3、1、選擇零階優(yōu)化方式結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在結(jié)構(gòu)滿足硬度、強(qiáng)度與穩(wěn)定性等情況下，來完成輕量化與 應(yīng)力最小等重要目標(biāo)下的最優(yōu)尺寸與性狀。針對優(yōu)化存在的問題，零階優(yōu)化方式 就是通過狀態(tài)變量與目標(biāo)函數(shù)來開展相似數(shù)值的搜索，目標(biāo)函數(shù)的相似值被作用 最佳優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要定位，而狀態(tài)變量的相

6、似值就被同來檢查那些約束條件。在 完成設(shè)計(jì)變量初始化集合以后，零階優(yōu)化方法就對目標(biāo)、狀態(tài)函數(shù)與設(shè)計(jì)變量開 展最小乘法，來的相似值。在這個(gè)優(yōu)化過程中，在因變量逐漸靠攏極限數(shù)值，或 者能夠滿足其他停止條件時(shí)，罰函數(shù)值就會(huì)發(fā)生明顯增加，當(dāng)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn) 極小數(shù)值時(shí)，就可以獲取相關(guān)的最佳優(yōu)化結(jié)果。3、2、對起重機(jī)尺寸進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)在起重機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中存在的問題較為復(fù)雜，尺寸、承載大小與位置等諸多 設(shè)計(jì)量都可以被視作設(shè)計(jì)變量，材料的使用范圍、結(jié)構(gòu)硬度與剛度、穩(wěn)定程度這 些外界條件都有予以充分考慮，用來實(shí)現(xiàn)起重機(jī)快速輕量化這一重要目標(biāo)。所以, 在分析變量及其他條件時(shí)，要選擇部分參數(shù)作為優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，這

7、也是獲得符合 實(shí)際情況的最佳優(yōu)化結(jié)果的重要條件與前提。把起重機(jī)箱型結(jié)構(gòu)當(dāng)成例子，腹板、 翼緣板等結(jié)構(gòu)都占了整部起重機(jī)質(zhì)量的較大比重，而且設(shè)計(jì)較大，所以在優(yōu)化設(shè) 計(jì)屮就是針對厚板進(jìn)行優(yōu)化，就是實(shí)現(xiàn)起重機(jī)快速輕量化比較有效的方法。根據(jù)上述我們所闡述的起重機(jī)快速輕量化實(shí)現(xiàn)可以知道，零階優(yōu)化方式就通過 因變量與反復(fù)代入這個(gè)過程，來取代因變量導(dǎo)數(shù)信息獲取方向來開展目標(biāo)函數(shù)的 尋優(yōu)環(huán)節(jié)，在得到最優(yōu)結(jié)果后開展局部二次優(yōu)化，來取代整個(gè)領(lǐng)域所有整數(shù)型離 散變量的優(yōu)化。這可以節(jié)約很大的計(jì)算時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速輕量化的根本目的。4、起重機(jī)快速輕量化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)4、1、系統(tǒng)的主要功能根據(jù)前面我們所使用的設(shè)計(jì)方法，我們就研

8、發(fā)了起重機(jī)快速輕量化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 這種系統(tǒng)的總體功能就是通過1def0的主要設(shè)計(jì)手段。這個(gè)系統(tǒng)中包含了后臺(tái)數(shù) 據(jù)庫知識(shí)庫管理、參數(shù)化建模、分析過程參數(shù)化、輕量化的參數(shù)優(yōu)化這四個(gè)重要 功能，這也給技術(shù)的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。起重機(jī)的設(shè)計(jì)者只需要通過cflds 這一系統(tǒng)就能讓起重機(jī)參數(shù)化建模、結(jié)構(gòu)分析、輕量化參數(shù)等方面快速完成，進(jìn) 一步保證了起重機(jī)產(chǎn)品從建模直到結(jié)果輸出這一輕量化設(shè)計(jì)過程。4、2、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)路線為了能夠?qū)崿F(xiàn)cflds系統(tǒng)中的所有功能，就設(shè)計(jì)了相關(guān)的技術(shù)路線如圖1所示。 這個(gè)系統(tǒng)就是利用模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)、特征參數(shù)獲取、分許過程參數(shù)化等來完成起重 機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)?；诖耍_展對所有參數(shù)的輕量化分

9、析，并且針對比較重要的參 數(shù)開展二次優(yōu)化，從而獲得輕量化起重機(jī)的最佳結(jié)果。在目前的設(shè)計(jì)不能滿足相 關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)把參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，一直到獲得起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì) 的最優(yōu)結(jié)果，而且輸出較為準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)汁報(bào)竹輸出分析和優(yōu)化結(jié)果查行足弼足輕h輕fit 化的 參數(shù) 優(yōu)化 設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)二次優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化問題確定算法尋優(yōu)1t參數(shù)對h標(biāo)敏感化分析ii標(biāo)？否ljtv關(guān)ta參數(shù)初始值冬階優(yōu)化參數(shù)及ii標(biāo)函數(shù)分析敬感性分析分析曲數(shù)盤嘶劃分）參數(shù)化模型傳遠(yuǎn)參數(shù)關(guān)整建模求解結(jié)來顯示小丫 主集瑞集支腿支揮集幾何外形：長i八寬d. iftlb角度0l 箱型載而：板mt、而枳s材料參數(shù)：牌號.強(qiáng)度.剛度局部區(qū)域

10、再優(yōu)化經(jīng)過cflds這一系統(tǒng)的技術(shù)路線我們可以確定，實(shí)現(xiàn)快速輕量化設(shè)計(jì)的主要分成兩個(gè)重要方面。一就是系統(tǒng)通過參數(shù)化設(shè)計(jì)與二次優(yōu)化手段，從根本上降低了 輕量化設(shè)計(jì)屮模型與結(jié)構(gòu)優(yōu)化所需要的修改與計(jì)算時(shí)間。另一方面就是通過參數(shù) 化集合輕量化優(yōu)化，同時(shí)設(shè)計(jì)出關(guān)鍵參數(shù)驅(qū)動(dòng)所需要的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn) 輕量化設(shè)計(jì)中所擁有的重復(fù)建模、分析與優(yōu)化環(huán)節(jié)，最大限度上減小了模型更新、 網(wǎng)格劃分等環(huán)節(jié)所需要的時(shí)間o5、起重機(jī)快速輕量化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用為了驗(yàn)證cflds系統(tǒng)所擁有的理論與方法，就針對雙懸臂梁門式起重機(jī)的箱型 門架結(jié)構(gòu)應(yīng)用了快速輕量化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。箱型門架主要是由主梁、端梁、支腿、支 撐梁等相關(guān)部件構(gòu)成，所有

11、部件的結(jié)構(gòu)就是由上下翼緣板、腹板與鋼筋等焊接而 成。而cflds系統(tǒng)就是將快速輕量化設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件作為主要的客戶程序，通過二 次開發(fā)接口這項(xiàng)技術(shù)，來完成服務(wù)程序的二次開發(fā)動(dòng)作。系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具與數(shù) 據(jù)庫，利用com接頭來使用軟件開發(fā)參數(shù)化建模，并且把cai）系統(tǒng)中所包含的幾 何模型變化成文件格式傳輸給cae系統(tǒng)，利用文件來開展二次開發(fā)程序，實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)的建模、加載、分析與零階二次優(yōu)化，進(jìn)而完成起重機(jī)箱型門架的快速輕量化 設(shè)計(jì)。在開展參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中，為了降低計(jì)算量，用來增加參數(shù)化建模與分析 的基本下效率，在最短的時(shí)間內(nèi)獲得結(jié)果，系統(tǒng)就會(huì)將參數(shù)化三維建模當(dāng)成重要 基礎(chǔ)，在相關(guān)軟件下有限元建模中通過三維應(yīng)變量單元，在所有部件之間的連接 上都選擇mpc184這一單元，通過集成質(zhì)量單元來完成起重機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的相關(guān)計(jì) 算。通過應(yīng)用可以知道，在完成優(yōu)化以后能夠讓起重機(jī)整體質(zhì)量減小10. 5%左右, 對實(shí)現(xiàn)起重機(jī)快速輕量化有著很大作用。結(jié)束語：隨著起重機(jī)這一設(shè)備在我國工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的廣泛應(yīng)用，起重機(jī)在設(shè)計(jì)過程 中，所需要耗費(fèi)大量的人力、物力就引起了業(yè)界人士的普遍關(guān)注，而如何有效解 決這些長期存在的重要問題，就需要我們要使用較為先進(jìn)的快速設(shè)計(jì)方法與手 段。因此，針對起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì)系統(tǒng)及應(yīng)用展開研究，對企業(yè)發(fā)展來說就