王宏宇
大連理工大學(xué)
起重電機專業(yè)生產(chǎn)廠家無錫宏達2022年4月12日訊 汽車起重機轉(zhuǎn)臺是連接臂架和底盤車架的核心部件,其剛度和強度直接影響到起重機的性能。為降本節(jié)能,探尋汽車起重機輕量化的方法及途徑已成為汽車起重機企業(yè)的核心競爭力之一。本文以某80t汽車起重機轉(zhuǎn)臺為典型示例,運用不同優(yōu)化技術(shù)分階段對轉(zhuǎn)臺進行輕量化設(shè)計和結(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)臺結(jié)構(gòu)方案。
（1）確立了轉(zhuǎn)臺邊界條件,以Ansys Workbench為輔助工具對示例轉(zhuǎn)臺進行有限元分析。總結(jié)了不同加載方式、約束條件及網(wǎng)格大小對分析結(jié)果的影響;
（2）概念設(shè)計階段,利用Topology Optimization模塊并基于權(quán)重法進行轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的多工況拓?fù)鋬?yōu)化確定力流走勢。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)計階段,運用形態(tài)分析法確定了轉(zhuǎn)臺不同功能模塊的較優(yōu)結(jié)構(gòu)形式。總結(jié)了不同形式的特點及優(yōu)勢;
（4）詳細(xì)設(shè)計階段,參數(shù)化建模后利用Response Surface Optimization模塊進行多工況尺寸優(yōu)化。通過響應(yīng)面法總結(jié)了轉(zhuǎn)臺關(guān)鍵尺寸的量化規(guī)律,分析了設(shè)計參數(shù)對總體質(zhì)量、強度、剛度的靈敏度。運用多目標(biāo)遺傳算法得到優(yōu)化后的尺寸組合;
創(chuàng)新設(shè)計階段,運用衍生式設(shè)計方法探索面向未來的仿照自然生長式的有機結(jié)構(gòu)。利用Fusion360的Generative design模塊,按照示例轉(zhuǎn)臺的載荷、材料、安全系數(shù)、安裝鉸點及裝配限制等進行衍生設(shè)計設(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)對稱零件的衍生設(shè)計問題,間接解決了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)臺側(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%。實現(xiàn)了轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計。本研究對現(xiàn)有的轉(zhuǎn)臺設(shè)計具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。
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