本文關(guān)鍵詞： 起重機 提升系統(tǒng)動力學(xué) 主梁扭振 多目標(biāo)優(yōu)化　出處：《中南大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：起重機是物料搬運行業(yè)主要的運輸工具,其間歇、重復(fù)、循環(huán)的工作特點會引起短時、強激勵、交變的運行狀態(tài),需重點研究其在垂直和扭轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生的沖擊和振動等動載效應(yīng)。本文密切結(jié)合起重運輸機械行業(yè)的工程實際需求,提出了多自由度提升系統(tǒng)動力學(xué)模型和多段集中質(zhì)量主梁扭振動力學(xué)模型,通過自適應(yīng)步長四階Runge-Kutta法進行數(shù)值求解,結(jié)合現(xiàn)場試驗對提升系統(tǒng)和主梁扭振動力學(xué)進行了研究及優(yōu)化分析,研究成果可以為起重機詳細(xì)設(shè)計提供理論依據(jù)。主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新點如下： (1)構(gòu)建了增加自由度的提升系統(tǒng)動力學(xué)模型,新增自由度包括：提升鋼絲繩時變剛度、減速機構(gòu)扭轉(zhuǎn)自由度、吊鉤以及端梁垂向自由度�；谒⒌南到y(tǒng)動力學(xué)模型,開發(fā)了Simulink求解程序,采用自適應(yīng)步長四階Runge-Kutta法高效求解,結(jié)果與試驗測得的結(jié)果吻合,驗證了模型的合理性。研究了各種典型工況下提升系統(tǒng)的動力學(xué)特性,獲取了關(guān)鍵部件在對應(yīng)工況下的動載系數(shù),為起重機關(guān)鍵零部件設(shè)計載荷的選取提供了參考。首次研究了在提升速度一定的情況下,影響提升動載系數(shù)的其它因素,為保持起重機運行效率不降低的前提下,進一步減小提升動載系數(shù)提供了理論依據(jù)。 (2)提出了多段集中質(zhì)量主梁扭振模型,將主梁扭振問題轉(zhuǎn)化為類傳動軸系扭振問題,采用Simulink進行了數(shù)值求解,結(jié)合現(xiàn)場試驗,驗證了扭振模型的合理性。研究了吊重離地起升及突然減載工況下的扭振振型和衰減規(guī)律,分析了主梁截面、小車對重、吊鉤偏心量及小車在主梁上的位置等因素對扭振的影響規(guī)律,得到了影響主梁扭振的主要因素,比較了標(biāo)準(zhǔn)工字梁和焊接箱梁扭振特性的差異,為主梁設(shè)計時考慮扭振動載及解決主梁因扭振引起的材料失效問題奠定了基礎(chǔ)。 (3)建立了綜合考慮提升動載和主梁扭轉(zhuǎn)動載等特性的主梁自重多目標(biāo)優(yōu)化模型,解決了以往主梁優(yōu)化僅考慮自重而引起其它部件設(shè)計載荷過大的問題。采用本文建立的提升系統(tǒng)和主梁扭振求解模型,以5噸單梁起重機為研究對象,針對吊重離地起升工況進行了全程多目標(biāo)優(yōu)化。研究了不同種群規(guī)模和進化代數(shù)對優(yōu)化結(jié)果的影響,得到了適合于起重機多目標(biāo)優(yōu)化的種群規(guī)模和進化代數(shù)；對計算得到的Pareto非劣解進行了研究分析,結(jié)果比單目標(biāo)優(yōu)化更為豐富,研究成果已應(yīng)用在新型主梁設(shè)計中；選取不同動態(tài)特性參數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo),研究了多目標(biāo)優(yōu)化模型如何選取合理的優(yōu)化目標(biāo)。
[Abstract]:Crane is the main means of transportation in material handling industry, its intermittent, repetitive and cyclic work characteristics will cause short-term, strong incentive, alternating operation state, It is necessary to study the impact and vibration effects in the vertical and torsional direction. The dynamic model of multi-degree-of-freedom hoisting system and the torsional vibration dynamic model of multi-segment lumped mass main beam are presented. The numerical solution is carried out by adaptive four-order Runge-Kutta method. Combined with field test, the torsional vibration dynamics of hoisting system and main beam are studied and optimized. The research results can provide theoretical basis for the detailed design of crane. The main research contents and innovations are as follows:. The dynamic model of lifting system with increasing degree of freedom is constructed. The new degree of freedom includes: the time-varying stiffness of wire rope, the torsional freedom of decelerating mechanism, the hoist and the vertical freedom of end beam. The Simulink solution program is developed, and the adaptive step size four-order Runge-Kutta method is used to efficiently solve the problem. The results are in good agreement with the experimental results, and the rationality of the model is verified. The dynamic characteristics of the lifting system under various typical operating conditions are studied. The dynamic load coefficients of the key components under the corresponding working conditions are obtained, which provides a reference for the selection of the design loads of the key parts of the crane. For the first time, other factors affecting the dynamic load coefficient of the crane are studied under the condition of constant lifting speed. It provides a theoretical basis for further reducing the hoisting dynamic load coefficient without decreasing the crane running efficiency. The torsional vibration model of multi-section concentrated mass main beam is put forward. The torsional vibration problem of the main beam is transformed into a torsional vibration problem of a kind of transmission shaft system. The numerical solution is carried out by using Simulink, and combined with the field test, the torsional vibration of the main beam is solved numerically. The rationality of torsional vibration model is verified. The torsional vibration mode and attenuation law are studied under the condition of hoisting and sudden reduction of load, and the cross-section of the main beam and the car counterweight are analyzed. The influence of the eccentricity of hooks and the position of trolley on the main girder is studied. The main factors affecting the torsional vibration of the main girder are obtained, and the difference of torsional vibration characteristics between the standard I-beam and welded box girder is compared. Considering torsional vibration load and solving the material failure problem caused by torsional vibration of the main beam, the foundation is laid for the design of the main beam. (3) A multi-objective optimization model for self-weight of main beam considering the characteristics of lifting dynamic load and torsional dynamic load of main beam is established. This paper solves the problem that the design load of other parts caused by the optimization of the main beam is too large only considering the deadweight. The lifting system and the torsional vibration solution model of the main beam are adopted in this paper, and the 5 ton single beam crane is taken as the research object. The overall multi-objective optimization is carried out for hoisting conditions of hoist hoisting. The effects of different population size and evolutionary algebra on the optimization results are studied, and the population size and evolutionary algebra suitable for crane multi-objective optimization are obtained. The Pareto noninferior solution obtained by calculation is studied and analyzed. The results are more abundant than that of single objective optimization. The research results have been applied to the design of new type main beam, and different dynamic characteristic parameters are chosen as the optimization objective. This paper studies how to select reasonable optimization objectives for multi-objective optimization model.
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH21

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本文編號：1544840