工字型吊钩优化设计研究.pdf

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1、研究与分析·机械研究与应用·工字型吊钩优化设计研究张长文，鲁国富(1．上海交通大学机械与动力工程学院，上海200030；2．上海三一科技有限公司，上海201200；3．中航工业特种飞行器研究所，湖北荆门448000)摘要：利用有限元方法模拟了吊钩在不同栽荷角下吊起lO00t重物的过程，并计算了吊钩内部的应力分布，确定了最大应力位置和最危险工况。在保证原有形状尺寸的基础上，将吊钩截面改为工字型，并在腹板增加圆孔。利用有限元优化模块对工字型截面和孔径进行多参数优化，在满足强度要求下使吊钩的重量最小化。关键词：工字

2、型吊钩；优化设计；有限元中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1006—4414(2010)05—0015一o4ResearchontheoptimizationdesignofIshapedhookZhangChang—wen．LuGuo—fu(1．Schoolofmechanicalengineering，ShanghaiJiaotongunivemity，Shanghai200030，China；‘2．Sanyscienceandtechnology，ShanghaiCo．，Ltd，Shangh

3、ai201200，China；3．AVICspecial口rresearchinst~ute，JingmenHubei48000，China)Abstract：TheprocessoflO00tweightliftedbyhookunderthevariedloadingangelsissimulatedbyfiniteelementanalysis(FEA)method。andthestressdistributionofhookiscomputed．theauthorsmakeSUretllelocati

4、onofmaximalstressinthehookanddangerousloadingcondition．Basedontheresult．thehooksectionisreplacedbyIshapedsectioninthestateofo-riglnalfiguredimensionunchanged，atthesametime，theholeisplaceonthewebplate．TheparametersofIshapedsectionanddiameterareoptimizedbythe

5、optimizationmoduleofFEA．andthemimmalhokweightisachievedwiththesatisfactionofstrengthrequirement．Keywords：Ishapedhok；optimizationdesign；finiteelementanalysis1吊钩的初始设计优，并为吊钩进一步详细设计提供依据。近年来，由于国内大型电厂、核电站、大型石化等承载lO00t的吊钩采用双吊钩形式，材料仍然采设施的建设，使履带起重机不断朝大吨位、超大吨位用DG20Mn

6、，其抗拉强度=608MPa，屈服强度=方向发展；而吊钩是起重机的重要部件之一，吊钩设333MPa。根据承载小吨位的吊钩设计经验，双吊钩计的优劣直接影响起重机的安全性和经济性。同时，的初始设计尺寸(mln)如图1所示。由于我国吊钩设计水平还处于一个比较低的阶段，承载大吨位的吊钩经验严重匮乏，《机械设计手册》¨中吊钩的最大承载为500t，远远低于大吨位履带起重机的起吊载荷。目前，国内的大吨位吊钩设计刚刚起步，为了满足强度要求，往往加大吊钩的结构尺寸，经济性差。笔者参考了昆明理工大学的陈雪春对承载140t的板状吊钩

7、的减重孔直径进行了优化，减轻了吊钩重量。为了设计出优秀承载大吨位的吊钩，图1吊钩的初步设计尺寸需要对吊钩多参数优化设计。针对上述情况，该公司从SCCIO000履带起重机2有限元强度计算承载lO00t的矩形截面吊钩初始设计出发，借助有限在商用有限元软件ANSYS的基础上，编写有限元方法计算初始尺寸下吊钩的强度；为了改善吊钩承元程序，计算初始设计的吊钩内部应力分布。载，将吊钩的截面修改为工字型；在保证总体初始尺2．1有限元模型建立寸的情况下，对吊钩截面的工字型参数进行优化设吊钩为三维实体结构，故单元采用Solid

8、45实体计，使其在满足强度要求的情况下，吊钩的经济性最收稿日期：2010—08—23作者简介：张长文(1981一)，男，安徽宿州人，硕士，主要从事大吨位履带起重机总体及零部件的研发设计工作。·l5·研穷与分析·机械研究与应用·单元；材料应力一应变关系采用双线性各向同性强化最大载荷角时，最大应力为179．854MPa，小于最大许模型，如图2所示，其中弹性模量E=2．1E5MPa，泊用应力[o-]=24