以往起重機(jī)安全系數(shù)高，但是設(shè)計(jì)笨重，導(dǎo)致材料浪費(fèi)，像通常的大型單梁起重機(jī)、電動(dòng)葫蘆起重機(jī)、懸掛式起重機(jī)等。輕量化技術(shù)是指采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)選材料、優(yōu)選加工方法等方式，減輕機(jī)械零部件或整機(jī)的質(zhì)量，從而達(dá)到提高產(chǎn)品性能、降低成本、節(jié)能減排等綜合效益的一項(xiàng)技術(shù)。我國(guó)生產(chǎn)的橋式起重機(jī)大都具有太大的安全系數(shù)，這樣導(dǎo)致材料浪費(fèi)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)笨重。 本文以32/160t橋式起重機(jī)小車架為研究對(duì)象，結(jié)合輕量化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論，得出小車架的輕量化設(shè)計(jì)方案；然后建立了小車架參數(shù)化結(jié)構(gòu)模型，通過對(duì)模型有限元分析表明小車架輕量化的可行性和必要性；最后對(duì)小車架進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，并在優(yōu)化結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行了尺寸與形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到小車架輕量化的最終模型。 介紹了小車架參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，細(xì)致的描述了系統(tǒng)所生成的參數(shù)化模型各部件的主要尺寸，并在此基礎(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，然后從單元類型、材料屬性到網(wǎng)格劃分介紹了小車架有限元模型的建立，最后充分利用Ansys有限元分析軟件對(duì)小車架進(jìn)行了模態(tài)分析和靜力學(xué)分析。模態(tài)分析和靜力學(xué)分析從整體到局部，對(duì)小車架的結(jié)果進(jìn)行分析比較，為后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。 采用均勻化方法，以卷筒梁和組合梁為分析對(duì)象，將其柔度作為優(yōu)化目標(biāo)，體積為約束條件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。探討拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)過程中，從基本模型建立、優(yōu)化區(qū)域選擇、優(yōu)化過程控制及優(yōu)化結(jié)果分析與應(yīng)用等問題。然后在得出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，綜合考慮工藝、裝配關(guān)系等設(shè)計(jì)要求，對(duì)小車架進(jìn)行了尺寸及形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)每次優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行校核，最后得到了小車架輕量化模型，并對(duì)最終模型作了強(qiáng)度、剛度即穩(wěn)定性校核，實(shí)現(xiàn)減重4.1t，減輕的重量占原車架模型重量的20.6%。 結(jié)果證明減重后的小車架不僅強(qiáng)度和剛度性能滿足材料要求，而且安全性能更適應(yīng)工作環(huán)境。實(shí)現(xiàn)了拓?fù)鋬?yōu)化在橋式起重機(jī)小車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用。有限元計(jì)算結(jié)果存在誤差，但對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案階段有很好的指導(dǎo)意義。