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下載手機APP起重機；彈性吊臂；截麵；優化規劃；ANSYS1前言彈性吊臂是輪式起重機中至關重要的部件，其分量一般占整機的13%~20%，而er大da型xing起qi重zhong機ji這zhe個ge比bi例li則ze更geng大da，這zhe就jiu導dao致zhi起qi重zhong機ji在zai大da幅fu度du下xia的de起qi分fen量liang和he大da起qi分fen量liang下xia的de起qi升sheng高gao度du急ji劇ju下xia降jiang。因yin此ci，在zai滿man意yi各ge項xiang規gui劃hua方fang針zhen的de前qian提ti下xia，選xuan用yong優you化hua規gui劃hua，盡jin可ke能neng下xia降jiang吊diao臂bi自zi重zhong，尤you其qi對dui大da噸dun位wei起qi重zhong機ji具ju有you十shi分fen重zhong要yao的de含han義yi。
本文討論彈性吊臂的優化問題，為保證優化規劃的牢靠性，選用功能強大、技能非常成熟的大型商用有限元軟件ANSYS為東西，以徐工集團徐州重型機械製造有限公司出產的QAY125型全地上起重機的彈性吊臂為例探討吊臂截麵的優化規劃辦法。
2吊臂優化規劃方案在ANSYS環境下進行優化規劃，存在規劃變量、zhuangtaibianliangjifangzhenhanshusanleibianliang。yinweidiaobidechangdushiyouqizhongjizuoyeguimoquerende，bunenggaidong，youhuaguihuabianliangyingshijiemiancanshu，jijiemianxingzhuanghebihoucanshu。yincidiaobideyouhuaguihuaguijieweiqijiemiandecanshuyouhuaguihuawenti。zhuangtaibianliangzhiyueguihuabianliangdequzhi，shiguihuabianliangdehanshu，erduizhuangtaibianliangdeshufuzegouchengleshufufangcheng。diaobiguihuazhong，weibaozhengqiangdu、剛度，可設定應力和位移為狀態變量，操控應力和位移的巨細以達到吊臂的強度和剛度要求。方針函數為吊臂的分量，*終使分量*輕。而關於吊臂而言，核算應力、變形的準確模型應為有限元模型即需求建立參數化有限元剖析模型。因為優化進程是不斷在規劃域內進行查找以尋求*youjie，zheyangyouxianyuanpouxijinchengjiudezhongfujinxing，yijiyouxianyuanpouxidezhenggejinchengshizuoweiyouhuaguihuazhongdeyigewenjian，bingjinyibushengchengyouhuaxunhuanwenjianyibianyouhuajinchengzhongfutiaoyong，ruoshiyouxianyuanmoxingjiaoda，zepouxishikechang，youhuadiedaishikeyejiuhenchang。
考慮到QAY125彈性吊臂截麵尺度大且很長（節數為5節臂，全伸臂為50m），因此有限元模型大（節點數超過4萬，單元數近4萬）核算量大。有限元核算1次約需15ninP，若優化迭代40次，則將近10h.這樣，在優化規劃進程中，就不宜用QAY125彈性吊臂有限元剖析進程作為優化剖析文件。為此，咱們挑選吊臂的截麵特性作為狀態變量，經過操控截麵特性（截麵慣性矩及截麵抗彎模量）下限取值，來根本滿意吊臂應力及變形的許用要求；而(er)由(you)受(shou)壓(ya)邊(bian)的(de)邊(bian)長(chang)上(shang)限(xian)和(he)厚(hou)度(du)下(xia)限(xian)取(qu)值(zhi)來(lai)根(gen)本(ben)保(bao)證(zheng)部(bu)分(fen)安(an)穩(wen)性(xing)要(yao)求(qiu)。方(fang)針(zhen)函(han)數(shu)為(wei)吊(diao)臂(bi)分(fen)量(liang)，因(yin)為(wei)可(ke)假(jia)定(ding)吊(diao)臂(bi)資(zi)料(liao)的(de)密(mi)度(du)均(jun)勻(yun)且(qie)吊(diao)臂(bi)長(chang)度(du)不(bu)變(bian)故(gu)用(yong)其(qi)截(jie)麵(mian)麵(mian)積(ji)作(zuo)為(wei)方(fang)針(zhen)函(han)數(shu)。優(you)化(hua)規(gui)劃(hua)結(jie)束(shu)後(hou)，對(dui)所(suo)得(de)截(jie)麵(mian)尺(chi)度(du)的(de)吊(diao)臂(bi)再(zai)用(yong)有(you)限(xian)元(yuan)法(fa)準(zhun)確(que)校(xiao)孩(hai)吊(diao)臂(bi)的(de)強(qiang)度(du)、剛度及部分安穩性。
若這些條件不滿意，則需調整規劃變量的上、下(xia)限(xian)，再(zai)運(yun)轉(zhuan)上(shang)述(shu)優(you)化(hua)進(jin)程(cheng)，直(zhi)至(zhi)滿(man)意(yi)要(yao)求(qiu)。優(you)化(hua)規(gui)劃(hua)及(ji)有(you)限(xian)元(yuan)校(xiao)孩(hai)流(liu)程(cheng)圖(tu)如(ru)所(suo)示(shi)。選(xuan)用(yong)這(zhe)樣(yang)的(de)優(you)化(hua)辦(ban)法(fa)就(jiu)避(bi)免(mian)了(le)將(jiang)有(you)限(xian)元(yuan)剖(pou)析(xi)進(jin)程(cheng)作(zuo)為(wei)優(you)化(hua)剖(pou)析(xi)文(wen)件(jian)帶(dai)來(lai)核(he)算(suan)量(liang)很(hen)大(da)、運轉時刻長的缺陷。
具體到每節臂的優化規劃問題，咱們考慮兩個非常重要的工況：根gen本ben臂bi工gong況kuang和he全quan伸shen臂bi工gong況kuang。由you根gen本ben臂bi工gong況kuang經jing過guo優you化hua規gui劃hua確que認ren根gen本ben臂bi截jie麵mian尺chi度du和he壁bi厚hou，並bing由you各ge節jie臂bi之zhi間jian的de間jian隙xi確que認ren其qi他ta各ge節jie臂bi的de截jie麵mian尺chi度du，然ran後hou再zai由you全quan伸shen臂bi工gong況kuang確que認ren其qi它ta節jie臂bi的de壁bi厚hou。
3彈性吊臂優化規劃進程QAY125彈性吊臂結構特色是截麵為大圓角十二邊形（下蓋板為11個邊），具ju有you較jiao好hao的de安an穩wen性xing和he抗kang委wei曲qu才cai能neng，能neng充chong分fen發fa揮hui資zi料liao的de力li學xue性xing能neng，且qie運yun用yong高gao強qiang度du鋼gang材cai，減jian輕qing了le吊diao臂bi分fen量liang，提ti高gao了le整zheng機ji的de起qi重zhong性xing能neng。別bie的de，吊diao臂bi上shang下xia蓋gai板ban僅jin有you2道焊縫，且布置在側麵中線鄰近低應力區，焊接工藝性好，傳力更牢靠。
這種吊臂形狀代表國內外較先進的技能。因此，在進行優化規劃時，不改動此吊臂的根本形狀，即仍堅持吊臂為12個邊。
3.1根gen本ben臂bi截jie麵mian的de優you化hua規gui劃hua作zuo為wei吊diao臂bi來lai說shuo，總zong希xi望wang在zai不bu發fa生sheng部bu分fen失shi穩wen的de前qian提ti下xia，壁bi厚hou規gui劃hua得de薄bo一yi點dian，截jie麵mian規gui劃hua大da一yi些xie。但dan因yin為wei受shou整zheng機ji尺chi度du的de束shu縛fu，吊diao臂bi外wai形xing尺chi度du不bu能neng增zeng大da，因yin此ci隻zhi能neng在zai截jie麵mian總zong高gao和he總zong競jing堅jian持chi不bu變bian的de條tiao件jian下xia進jin行xing截jie麵mian的de優you化hua。而er由youQAY125彈性吊臂在全縮工況下的有限元剖析可知，根本臂下底邊在變幅支座鄰近的應力為535MPa，此應力值挨近許用應力值（=620MPa），可見經過減小壁厚減輕分量的餘量並不是很大，故沒有必要將吊臂厚度作為規劃變量，可以憑規劃經曆恰當減小其壁厚。考慮到*大應力點出現在吊臂下底板受壓處，所以，咱們在作優化規劃之前，將上蓋板部分的壁厚減小1nm，即由7mm減為6nm，而下部分的板厚堅持不變。但這樣必然導致截麵的慣性矩和抗彎模量減小，故需求對吊臂的下部分尺度進行優化。其優化模型圖見。
量/3、L4可依據圖中幾何關係由規劃變量表示出來。/1上限值按部分安穩性臨界應力表達式a再由有限元法所得的臨界應力值預算為/1=228nm考慮到折板的臨界應力比下底板大，為使折板對下底板和腹板具有更強的束縛作用，綜合篇故折板的上限也取228mm由可見，視點a、的上限，顯然存在：2（a狀態變量：以操控下底邊的應力為目的。先取得吊臂優化前的截麵慣性矩//，。以及形心到下底邊之距兒。，核算H0，作為和的下限。至於吊臂變形，綜合考慮外形尺度不變、上蓋板僅減小1mn以及由有限元法算得的變形量較小、安全裕度大等特色，故對、/，不作束縛束縛。
綜上所述，得到根本臂優化規劃模型f解。關於含有規劃變量和狀態變量的束縛優化問題，ANSYS先用懲罰函數法（SUMT）將其轉化為無束縛優化問題。ANSYS中有兩種優化辦法可供挑選：零階辦法（ZeroOder）和一階辦法。
lingjiebanfaguiyuzhijiefa，tashijingguotiaozhengguihuabianliangdezhi，xuanyongquxiannihedebanfaqupolinzhuangtaibianlianghefangzhenhanshu。yijiebanfashijianjiebanfa，tayunyongzhuangtaibianlianghefangzhenhanshuduiguihuabianliangdepiandaoshu，zaimeicidiedaizhonghesuantiduquerenzhazhaofangxiang，yincijingdujiaogao，danzhanyongdeshikexiangduijiaoduo。ciwai，haiyingzhuyideshiyinweixuanyongtidufazhazhao，kenengshidezhazhaochengguoweiyubufen*優解，而不是大局*優解，故對所得成果應仔細判別。
優化時，起始序列選用現有的規劃產品數據，首先確認迭代40次，得到的優化成果不抱負，主要是吹、叫比其下限值大得較多，分量減小得較少，看來成果出現了部分*優解。為此，細化規劃變量的區間，從頭優化了2次，每次迭代次數均為20次，*終得到*優解。所得的3種截麵如所示。
中，a表示的是第1次優化所得的截麵，整個截麵很像是六邊形（L2太小、L3太大所致），腹板高度太大顯然不具備將腹板折成多個折邊、使得腹板高度大大減小、增強其部分安穩性的優勢，偏離了原有的規劃目的；b是第2次的優化成果，比第1次有較大改進，但L3偏小，腹板高度仍顯偏大；c是第3次的優化成果，各折板長度挨近，腹板高度進一步減小，下部趨近於圓弧。3種截麵的特性數據見表d表示的是*終確認的吊臂形狀。
表1QAY125根本臂優化前後截麵特性比較項目麵積優化前截麵**次優化第2次優化第三次優化3.2其他節臂截麵尺度確認在根本臂截麵尺度優化確認後，便可依據每節臂之間的間隙（滑塊厚度尺度）巨細用作圖法定出2、玉4和5節臂的尺度。而每節臂的厚度則依據全伸臂時的強度、剛度及部分安穩性要求來確認。總的原則是與現有產品的吊臂在全伸臂工況下具有大致相同的安全貯備、小幅提高應力及撓度值。調整後的吊臂厚度見表2，優化前後吊臂應力及撓度值見表32.關於撓度，按起吊平麵及側向平麵許用撓度公式算得全伸臂工況下的許用撓度值分別為2.5及1.751，可見優化後吊臂變形量仍在答應規模之內。
表2吊臂優化前後板厚比照（單位：rnm）吊臂節根本臂2節臂3節臂4節臂5節臂上蓋板優化前優化後下蓋板優化前優化後表3全伸臂工況下優化前後吊臂應力及變形比照（應力：MPa，探度：m）吊臂根本臂2節臂3節臂4節臂5節jie臂bi起qi吊diao撓nao度du側ce向xiang撓nao度du優you化hua前qian優you化hua後hou方fang位wei變bian幅fu支zhi座zuo前qian上shang滑hua塊kuai接jie觸chu麵mian下xia滑hua塊kuai接jie觸chu麵mian下xia滑hua塊kuai接jie觸chu麵mian下xia滑hua塊kuai接jie觸chu麵mian吊diao臂bi頭tou部bu吊diao臂bi頭tou部bu發fa每mei節jie臂bi的de部bu分fen安an穩wen性xing尚shang需xu校xiao孩hai。根gen本ben臂bi選xuan全quan縮suo工gong況kuang，其qi他ta臂bi選xuan全quan伸shen臂bi工gong況kuang。求qiu得de各ge節jie臂bi的de臨lin界jie委wei曲qu應ying力li如ru表biao4所示。此時，每節臂上首先發生失穩的仍是鄙人底邊。
表4吊臂部分安穩臨界委曲應力吊臂節根本臂2節臂3節臂4節臂5節臂臨界應力優化後各節臂的截麵尺度（下蓋板部分）見表5，a及取得的值分別為19°表5吊臂優化後的截麵尺度（mm）吊臂節總局總競根本臂第2節臂第3節臂第4節臂第5節臂優化前後吊臂截麵麵積及吊臂筒體減輕分量見表6.吊臂優化前的筒體分量為9116kg，優化後較優化前減輕了88%的分量。
表6吊臂優化前後截麵麵積及臂筒分量比照吊臂節根本臂2節臂3節臂4節臂5節臂麵積優化前優化後前後麵積差（nm減輕分量（kg）算計（kg）4小xiao結jie針zhen對dui吊diao臂bi截jie麵mian參can數shu進jin行xing優you化hua規gui劃hua，由you截jie麵mian特te性xing作zuo為wei狀zhuang態tai變bian量liang束shu縛fu條tiao件jian，可ke大da大da減jian少shao優you化hua迭die代dai時shi刻ke，使shi得de吊diao臂bi優you化hua規gui劃hua成cheng為wei可ke能neng。而er再zai利li用yong有you限xian元yuan法fa對dui吊diao臂bi的de強qiang度du、剛度和部分安穩性進行準確校孩，可保證優化成果的牢靠性和實用性。
盡管本文是對CAY125全地上起重機吊臂作的優化規劃，但其辦法同樣適用於其它形狀的吊臂優化規劃。圓紀愛敏，彭鐸，劉木蘭。CY25K型轎車起重機彈性吊臂的有限元剖析。工程機械，2003，34（1）19-21.紀愛敏。轎車起重機彈性吊臂及車架結構參數優化規劃。中國科學技能大學、徐州工程機械集團有限公司博士後研討工作報告。2003，9.紀愛敏，張培強，彭鐸，等。起重機彈性吊臂部分安穩性的有限元剖析。農業機械學報，2004，35（6）：48-51.徐芝綸。彈性力學。北京：高等教育出版社，1985.GB3811-83，起重機規劃規範。
（編輯金治勇）紀愛敏（1965-），男，安徽安慶人，博士，副教授，從事結構有限元剖析及網絡化規劃等研討，河海大學常州校區機電工程學院。
