立式钢卷吊具是一种常见的钢卷吊具,其广泛应用于吊运各种冷热轧的半成品或成品钢卷。其设计水平的高低直接影响工作装置性能的好坏,进而影响整个设备的工作效率与经济指标。所以对钢卷吊具的研究具有重要的意义。本文以双臂立式吊具为研究对象,将现代优化设计与有限元分析相结合,利用MATLAB和ANSYS对吊具机构进行分析计算。首先,对双臂立式吊具进行动力学分析。先建立吊具的理论数学模型,在此基础上,利用MATLAB和SolidWorks对吊具系统的静力学特性以及动力学特性进行仿真分析,全面掌握吊具系统的力学特性。对吊具夹紧力、夹紧倍数、不掉落条件与吊具的主要参数之间的变化规律进行分析。其次,利用现代优化设计的思路和方法对吊具系统的主要参数进行优化。分析各个设计变量之间的相互关系,将吊具重量最小作为优化设计的目标,列出优化过程的约束函数,最终建立优化的数学模型。利用MATLAB优化工具箱中的fmincon函数对优化的数学模型进行求解。将优化结果进行分析可知被优化的部件重量减少了15%。同时吊具在保证安全的前提下减小了夹紧力,一定程度上减小了吊具对钢卷的损伤。最后,对外钳口的曲线进行优化。根据曲线曲率随接触位置变化而变化的思想,构造了一种钳口曲线。利用ANSYS Workbench对优化前后外钳口和钢卷的接触进行有限元分析,可知优化后接触面积减小12%,接触表面应力峰值减小15%。优化后外钳口和钢卷的接触情况得到一定改善,进一步减小了吊具对钢卷的损伤。