大型抱钳式吊具是用于大型铸锻件生产的基础制造装备。随着机械装备向大型化方向发展,对吊具的功能、承载能力、寿命及可靠性等都提出了更高要求。改进吊具的机构可以使吊具的功能更加完善,而研究吊具的疲劳寿命及可靠性则能保证吊具的安全使用。本文以完善吊具功能、保证吊具的使用方便且安全为目的,围绕吊具的结构设计及吊具的疲劳寿命分析等关键问题开展研究。完成的主要工作如下:(1)抱钳式吊具结构设计及杆长优化。对不同机构进行分析综合并改进,设计半V形块结构,实现起吊、抱运、立料功能的集成;考虑吊具的自锁、吊臂弯矩、吊具尺寸等性能与参数,基于多目标遗传算法对吊具杆长进行优化,并通过动力学仿真,验证吊具机构设计的合理性。(2)抱钳式吊具疲劳寿命分析。分别对吊具整体进行有限元分析,提取接触力并通过推导单个部件的接触力,通过对比得出对单个部件进行分析具有更高准确性;分别对吊臂进行结构力学及热-结构耦合分析,得出热辐射对吊臂的力学参量有很大影响,提出了新的吊臂结构形式;介绍了机械载荷作用下寿命及可靠性的理论及方法和热-结构耦合疲劳寿命的理论及计算方法,分析各部件的可靠度为99%的疲劳寿命,所得寿命超出了吊具的设计范围,说明了吊具部件具有较大的优化空间。(3)吊具部件的结构优化。推导了可靠性为99%寿命为10~5次时对应的力学参量;对吊臂进行拓扑优化,根据拓扑优化结果对部件进行数模重建;根据改进的数模以质量最小为目标满足疲劳寿命为约束条件对吊臂进行尺寸优化,所得结果优于国内同类吊具。