Research on Energy-Saving Optimization Design of Bridge Crane

• Autorzy: Yifei T. , Zhaohui T. , Wei Y. , Zhen Y.

Warianty tytułu

PL

Badania dotyczące optymalizacji energooszczędności konstrukcji suwnicy pomostowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Bridge crane is one of the most widely used cranes in our country, which is indispensable equipment for material conveying in the modern production. The security of bridge crane is always focused on when being used. The important indicators of crane performances include strength, stiffness, and crane weight, which mainly depend on the structure design of the bridge crane. So it is of importance to research on energy-saving optimization design by means of finite element analysis, ADMAS and Matlab. In this paper, the framework of energy-saving optimization is proposed. Secondly, taking 50 t – 31.5 m bridge crane as research object, its structure is described and the FE model of the bridge cranes is developed for the finite element analysis. Thirdly, shape optimal mathematical model of the crane is proposed for shape optimization as well as size optimal mathematical model for size optimization and topology optimal mathematical model for topology optimization. Besides, further comprehensive energy-saving optimizations are carried out as well as cross-section optimization. Finally, system-level energy-saving optimization design of bridge crane is further carried out with energy-saving transmission design results feedback to energy-saving optimization design of metal structure. The optimization results show that structural optimization design can reduce total mass of crane greatly by using the finite element analysis and optimization technology premised on the design requirements of cranes such as stiffness, strength and so on, thus energy-saving design can be achieved.

PL

Suwnica pomostowa jest jednym z najczęściej używanych typów suwnic w Chinach i stanowi niezbędne wyposażenie do transportu materiałów w nowoczesnej produkcji. Kluczową kwestią dotyczącą obsługi suwnicy pomostowej jest zawsze bezpieczeństwo. Ważnymi wskaźnikami wydajności suwnicy są m.in. wytrzymałość, sztywność oraz ciężar suwnicy, które zależą głównie od konstrukcji suwnicy. Konieczne są zatem badania nad optymalizacją energooszczędności konstrukcji za pomocą analizy elementów skończonych, ADMAS oraz Matlab. W niniejszej pracy zaproponowano koncepcję optymalizacji energooszczędności. Po drugie, opisano budowę suwnicy pomostowej (50 t – 31.5 m) oraz opracowano model MES suwnicy do analizy metodą elementów skończonych. Po trzecie, przyjmując minimalną pojemność jako funkcję celu, wysokość i szerokość suwnicy jako zmienne projektowe, a naprężenie, energię odkształcenia, modalnych jako ograniczenia, ustalono optymalny model matematyczny kształtu żurawia dla celów optymalizacyjnego projektowania kształtu. Po czwarte, przyjmując minimalny udział objętościowy jako funkcję celu, a grubości płyt jako zmienne projektowe, ustalono optymalny model matematyczny rozmiarów do celów optymalizacyjnego projektowania rozmiarów. Po piąte, przyjmując minimalny udział objętościowy jako funkcję celu, a gęstości materiału każdego z elementów jako zmienne projektowe, ustalono optymalny model matematyczny topologii do celów optymalizacyjnego projektowania topologii. Wreszcie, wykonano multidyscyplinarny energooszczędny projekt optymalizacyjny systemu suwnicy pomostowej, a wyniki energooszczędnego projektowania układu napędu zostały wykorzystane jako informacja zwrotna przy energooszczędnym projektowaniu optymalizacyjnym konstrukcji metalowej. Wyniki optymalizacji pokazują, że optymalizacyjne projektowanie konstrukcji z wykorzystaniem analizy MES oraz technologii optymalizacji opartej na wymogach projektowych dla suwnic, takich jak sztywność, wytrzymałość itd., może znacznie obniżyć całkowitą masę dźwigu, a co za tym idzie zwiększyć jego energooszczędność.

Słowa kluczowe

EN

energy-saving design; lightweight design; shape optimization; size optimization; topology optimization; bridge crane; HyperWorks

PL

energooszczędna konstrukcja; lekka konstrukcja; multidyscyplinarna optymalizacja; suwnica pomostowa; HyperWorks

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 15, no. 4
• Strony: 449--457
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., tys., tab.

Twórcy

autor

Yifei T.

• Nanjing University of Science and Technology, School of Mechanical Engineering 402, 210094 Nanjing, People’s Republic of China

autor

Zhaohui T.

• Nanjing University of Science and Technology, School of Mechanical Engineering 402, 210094 Nanjing, People’s Republic of China

autor

Wei Y.

• Nanjing University of Science and Technology, School of Mechanical Engineering 402, 210094 Nanjing, People’s Republic of China

autor

Zhen Y.

• Nanjing University of Science and Technology, School of Mechanical Engineering 402, 210094 Nanjing, People’s Republic of China

Bibliografia

• 1. Dongchen Qin, Yingjia Wang, XiaofangZhu, Jiangyi Chen,Zhuli Liu. Optimized design of the main beam of crane based on MSC1Patran/Nastran. Machinery for Lifting and transportation 2007;7:24–26.
• 2. Deng Hongguang, Bai Tianxiang, Sheng Yanzhong, You Sikun. The optimum design of single girder bridge-crane based on FEM. Steel construction 2009;2:46–48.
• 3. Fan Yuanxun, Bu Tingchun, Li Shuishui. Co-simulating on lifting dynamic load of bridge crane based on ADAMS and MATLAB. Heavy Machinery 2011; (5): 30–32. 4. GBT3811-2008 “Crane design standard”.
• 5. Kwasniewski L, Hongyi Li, Wekezer J et al. Finite element analysis of vehicle-bridge interaction. Finite Element in Analysis and Design 2006; 42: 950–959.
• 6. Li Shuishui, Fan Yuanxun, Bu Tingchun. Introduction for new hoisting mechanism of a crane . Machinery Design & Manufacture 2012; (5): 275–276.
• 7. Luo Hui, Yi Haipeng, Luo Huixin. The malfunction about the bridge crane girder based on FEM . Construction Machinery 2007; 2: 67–69.
• 8. Styles M, Comston P, Kalyanasundaram S. Finite element modeling of core thickness effects in aluminum foam/composite sandwich structures under flexural loading .Composite Structures 2008; 86: 227–232.
• 9. Ning Zhaoyang, Ruo Yongxin, Ren Chengao, et al. ANSYS application in design of the main beam of crane. Machinery for Lifting and transportation 2008; 5: 31–33.
• 10. Shukla PP, Lawrence J. Mathematical modelling of the fibre laser surface processing of a zirconia engineering ceramic by means of threedimensional finite-element analysis. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C (Journal of Mechanical Engineering Science) 2011; 225(C4): 949–64.
• 11. Markowski T, Mucha J, Witkowski W. FEM analysis of clinching joint machine’s C-frame rigidity. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2013; 15(1): 51–57.
• 12. Wang Fumian. Discussion about the static stiffness design of the bridge crane and the related problems. Machinery for Lifting and transportation 2009; 12: 42–44.
• 13. Yang Menglin, Qin Dongchen, Liu Zhuli, Wang Ying-jia. Research on structure optimization design of bridge crane box beam. Design and research 2008; 4: 23–24.
• 14. Zhixin Zhang. The Application of ANSYS into Optimizing Design of Main Beam in Joist Portal Crane. Machinery technology and management on construction 2009; 8: 91–93.