2888t·m铁路起重机吊臂金属结构研究

论文摘要

通过深入研究,本论文首次提出了2888t·m铁路救援起重机类椭圆截面吊臂设计方案,并针对该方案对吊臂总成展开了详细的设计。在经过传统理论验证校核后,借助强大的有限元分析软件ANSYS Workbench对吊臂进行三维实体建模和力学性能校核。并通过利用其建模、结构分析和优化这三大模块之间的无缝接口,对该吊臂进行了有限元优化。首先,本论文对国内外铁路建设和铁路救援起重机做了一些介绍和对比,通过对比便引出了本论文的研究意义。深入地研究了汽车起重机吊臂结构和铁路救援起重机吊臂,并在充分消化两者关键技术的基础之上,提出了2888t·m铁路救援起重机三节伸缩臂类椭圆形截面设计方案。其次,本文对类椭圆吊臂截面进行了详细的设计。吊臂总成的每一个局部结构,都经过了深思熟虑。在载荷方面,通过仔细研究铁路救援起重机的各种工作状态和载荷情况,确定了12种典型工况。工况确定后,经过计算便得到吊臂总成的一部分关键尺寸参数。再次,在工况和参数确定后,本文对该起重机进行了传统理论计算。施加恶劣工况下的载荷于吊臂,计算校核吊臂的强度、刚度和稳定性。由于传统理论计算比较粗略,各种简化很多,计算精度不高,特别是滑块处的局部应力难以计算,故本文对该铁路救援起重机吊臂进行了有限元分析,采用的是目前成熟的有限元分析工具—ANSYS Workbench。在ANSYS Workbench建立吊臂的总成装配模型,并通过网格划分、加载、求解和后处理完整的有限元分析步骤,对2888t·m铁路救援起重机吊臂的两个最恶劣工况进行了力学分析。最后,在有限元校核通过后,通过研究发现,吊臂强度刚度方面还有很大的富余。故为了提高吊臂的起重性能,本文对其进行了深入地有限元结构优化。在有限元结构校核分析中,找到影响吊臂起重性能的关键尺寸参数,将这些参数作为优化变量进行优化,最终使吊臂在满足使用性能的前提下,自重最轻。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 我国铁路发展现状
• 1.2 高速铁路建设与发展
• 1.3 铁路事故与救援
• 1.4 国内外铁路救援起重机
• 1.4.1 国内铁路救援起重机发展现状
• 1.4.2 国外铁路救援起重机
• 1.4.3 国内外铁路救援起重机对比
• 1.5 国内外铁路救援起重机吊臂
• 1.6 本论文研究主要内容和意义
• 第2章 大吨位铁路救援起重机吊臂方案
• 2.1 类椭圆截面吊臂设计
• 2.2 伸缩方案
• 2.3 吊臂根部铰点和变幅缸铰点布置
• 2.4 羊角钩设计
• 2.5 吊臂筋板布置说明
• 第3章 吊臂传统理论设计及计算
• 3.1 相关主要技术参数及尺寸设计
• 3.1.1 主要技术参数
• 3.1.2 载荷系数计算
• 3.1.3 主要工况
• 3.1.4 主要尺寸
• 3.2 材料选用
• 3.3 工况设计及危险工况
• 3.3.1 工况设计
• 3.3.2 危险工况
• 3.4 载荷组合
• 3.5 吊臂校核
• 3.5.1 工况6校核（200t·14m）
• 3.5.2 工况9校核（152t·19m）
• 第4章 有限元方法结构设计
• 4.1 有限元软件选用及简介
• 4.2 计算模型建立
• 4.2.1 建模
• 4.2.2 Engineering Data
• 4.2.3 网格划分
• 4.3 两种危险工况分析
• 4.3.1 工况6分析校核
• 4.3.2 工况9分析校核
• 第5章 吊臂有限元优化
• 5.1 优化简介
• 5.2 吊臂优化三大要素确定
• 5.3 实验样本
• 5.4 优化方法
• 5.5 优化方案的整体布局
• 5.6 优化结果
• 第6章 吊臂校核
• 6.1 工况6计算载荷
• 6.2 工况9计算载荷
• 6.3 工况10计算载荷
• 6.4 工况11计算载荷
• 6.5 工况12计算载荷
• 6.6 计算结果
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士研究生期间发表论文