基于结构功能衍生系数的桥式起重机金属结构优化设计

在起重机结构优化设计中，传统的优化方法忽略了起重机各零部件之间复杂的相互作用。本文提出了基于结构功能衍生系数的起重机金属结构优化设计方法，在确保起重机整机安全性的基础上，实现了金属结构轻量化设计。本文重点如下：

1）建立了起重机零部件解释结构模型，引入了结构功能衍生系数，通过仿真分析，获得了不同设计参数组合下起重机金属结构的最大应力值，并以此确定了可近似描述设计参数与结构强度之间关系的拟合函数。通过衍生系数矩阵及其导数矩阵，量化了设计参数的变化对结构强度的影响。

2）以300/100 t-30 m通用桥式起重机为研究对象，根据设计参数对结构强度的影响趋势，通过参数优化，使得桥架结构的最大应力增大了7.91%，小车架结构的最大应力增大了28.68%，起重机整机质量减小了2 035.113 kg，在确保起重机金属结构承载能力的前提下，大幅度减小了整机质量。

该方法可以针对起重机不同的零部件进行具体分析，但存在一定的局限性，如衍生系数矩阵及其导数矩阵的建立需要大量试验数据。今后需进行更多的研究来突破其局限性，包括研究出更有效的方法来建立衍生系数矩阵及其导数矩阵，或者用更精准的数值模拟技术来减少对试验数据的依赖。

部分图表



起重机金属结构优化设计流程图



起重机关键结构参数示意



 起重机金属结构关键参数的设计范围（mm）



不同结构参数下起重机金属结构的最大应力



不同参数水平下起重机金属结构的最大应力（MPa）



起重机金属结构最大应力方差分析



起重机金属结构优化结果