堆垛机是仓储立体库中实现货物立体流动的关键装备。轻型堆垛机具有能耗低、运输方便等优势,目前在市场上占据优势。单立柱巷道堆垛机由于结构紧凑、自重轻、巷道占地面积窄等优势,在自动化立体库中逐渐被推广应用。但其结构刚度和强度的不足,常会影响整机工作性能。因此,目前在保证堆垛机性能的前提下,整机轻量化优化设计逐渐成为工程师设计需要考虑的一个重要因素。以堆垛机为研究对象,根据其规模大小、复杂程度,需要找到一种合适的优化方式以及相宜的研究平台来完成轻量化优化设计对堆垛机的发展十分有必要。本文以企业委托研发的单立柱巷道堆垛机为研究对象,在保证整机结构稳定和运动安全的前提下,基于响应面法开展单立柱巷道堆垛机结构轻量化研究。具体研究内容如下:1)通过对所开发的堆垛机模型进行参数化分析,精简完善堆垛机支撑架中立柱和底梁结构。分别建立危险工况下的立柱和底梁刚度变形公式,完成支撑架刚度理论计算;基于有限元分析平台对支撑架进行仿真分析,得到危险工况下应力应变的仿真值。对比理论计算和软件仿真结果,检验有限元仿真的准确性,并完成堆垛机结构性能的初步查验。2)基于有限元分析平台,对完善后的堆垛机进行模态分析,得到其固有频率以及相应的振型,并查验在堆垛机运行过程中由轨道不平所产生激励频率能否引起共振现象;同时,通过谐响应仿真分析预测结构的持续动力特性,探讨堆垛机在稳态受迫振动中能否成功地克服共振、以及其他受迫振动引发的有害现象;在模态分析和谐响应分析的基础上,利用S型速度控制曲线方式探讨堆垛机在运动过程中的动态响应情况,通过观察运动过程中整机的振幅情况以及整机有无脱轨现象,验证结构能否正常平稳运行。3)基于数值建模和有限元分析多平台协作模式,完成堆垛机刚度、强度以及模态仿真模型参数的集成;通过DOE试验设计模块,以结构承载时刚度、强度、低阶模态以及整体质量为响应,以尺寸参数为输入变量,得到输入变量和响应之间的函数关系,求出各个参数对应灵敏度数值。同时建立响应面模型,并对响应面模型进行评估,再利用多目标遗传算法实现结构轻量化优化设计;最后对轻量化后结构实行动态性能分析,验证轻量化后结构的运行稳定性。研究结果表明,在保证堆垛机整机运行稳定性等性能基础上,轻量化后堆垛机与原结构相比质量减轻13.67%,且其力学性能、低阶模态均有所提高。该优化方式在一定程度上完成了堆垛机的轻量化优化设计,对类似结构优化有借鉴作用。