在起重機結構優化設計中，傳統的優化方法忽略了起重機各零部件之間復雜的相互作用。本文提出了基于結構功能衍生系數的起重機金屬結構優化設計方法，在確保起重機整機安全性的基礎上，實現了金屬結構輕量化設計。本文重點如下：

1）建立了起重機零部件解釋結構模型，引入了結構功能衍生系數，通過仿真分析，獲得了不同設計參數組合下起重機金屬結構的最大應力值，并以此確定了可近似描述設計參數與結構強度之間關系的擬合函數。通過衍生系數矩陣及其導數矩陣，量化了設計參數的變化對結構強度的影響。

2）以300/100 t-30 m通用橋式起重機為研究對象，根據設計參數對結構強度的影響趨勢，通過參數優化，使得橋架結構的最大應力增大了7.91%，小車架結構的最大應力增大了28.68%，起重機整機質量減小了2 035.113 kg，在確保起重機金屬結構承載能力的前提下，大幅度減小了整機質量。

該方法可以針對起重機不同的零部件進行具體分析，但存在一定的局限性，如衍生系數矩陣及其導數矩陣的建立需要大量試驗數據。今后需進行更多的研究來突破其局限性，包括研究出更有效的方法來建立衍生系數矩陣及其導數矩陣，或者用更精準的數值模擬技術來減少對試驗數據的依賴。

部分圖表



起重機金屬結構優化設計流程圖



起重機關鍵結構參數示意



 起重機金屬結構關鍵參數的設計范圍（mm）



不同結構參數下起重機金屬結構的最大應力



不同參數水平下起重機金屬結構的最大應力（MPa）



起重機金屬結構最大應力方差分析



起重機金屬結構優化結果