王宏宇
大連理工大學(xué)
起重電機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠家無錫宏達(dá)2022年4月12日訊 汽車起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)是連接臂架和底盤車架的核心部件,其剛度和強(qiáng)度直接影響到起重機(jī)的性能。為降本節(jié)能,探尋汽車起重機(jī)輕量化的方法及途徑已成為汽車起重機(jī)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。本文以某80t汽車起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)為典型示例,運(yùn)用不同優(yōu)化技術(shù)分階段對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)形式的探討研究。通過多工況優(yōu)化均衡了各工況中的最大應(yīng)力、綜合位移及側(cè)向位移。提出了滿足各工況性能要求的兩種新型轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)方案。
（1）確立了轉(zhuǎn)臺(tái)邊界條件,以Ansys Workbench為輔助工具對(duì)示例轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行有限元分析。總結(jié)了不同加載方式、約束條件及網(wǎng)格大小對(duì)分析結(jié)果的影響;
（2）概念設(shè)計(jì)階段,利用Topology Optimization模塊并基于權(quán)重法進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的多工況拓?fù)鋬?yōu)化確定力流走勢(shì)。分析了不同拓?fù)錁?gòu)型的性能差異及適用條件;
（3）基本設(shè)計(jì)階段,運(yùn)用形態(tài)分析法確定了轉(zhuǎn)臺(tái)不同功能模塊的較優(yōu)結(jié)構(gòu)形式。總結(jié)了不同形式的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì);
（4）詳細(xì)設(shè)計(jì)階段,參數(shù)化建模后利用Response Surface Optimization模塊進(jìn)行多工況尺寸優(yōu)化。通過響應(yīng)面法總結(jié)了轉(zhuǎn)臺(tái)關(guān)鍵尺寸的量化規(guī)律,分析了設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)總體質(zhì)量、強(qiáng)度、剛度的靈敏度。運(yùn)用多目標(biāo)遺傳算法得到優(yōu)化后的尺寸組合;
創(chuàng)新設(shè)計(jì)階段,運(yùn)用衍生式設(shè)計(jì)方法探索面向未來的仿照自然生長(zhǎng)式的有機(jī)結(jié)構(gòu)。利用Fusion360的Generative design模塊,按照示例轉(zhuǎn)臺(tái)的載荷、材料、安全系數(shù)、安裝鉸點(diǎn)及裝配限制等進(jìn)行衍生設(shè)計(jì)設(shè)置。通過重復(fù)反向設(shè)置側(cè)載工況,解決了承受側(cè)載的結(jié)構(gòu)對(duì)稱零件的衍生設(shè)計(jì)問題,間接解決了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)側(cè)向剛度不足的問題。得到的減重結(jié)構(gòu)重量減輕15%,側(cè)向位移減小1.2%,綜合位移僅增大2.8%。衍生式結(jié)構(gòu)重量減輕12%,側(cè)向位移減小55.6%,綜合位移減小30.2%。實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。本研究對(duì)現(xiàn)有的轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。
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