高空作业平台伸缩臂有限元分析及优化.pdf

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1、高空作业平台伸缩臂有限元分析及优化李大涛刘晓婷长安大学工程机械学院西安710061摘要：对国内某型蜘蛛式高空作业平台样机的伸缩臂进行建模、有限元分析和截面优化。在伸缩臂强度、变形均在许用范围内的条件下，得到较合理的截面形状和尺寸，使整个伸缩臂的重量最轻，达到优化的目的，为高空作业平台的设计、制造提供了依据。’关键词：高空作业平台；伸缩臂；有限元分析；参数化建模；优化中图分类号：TH211+．6文献标识码：A文章编号：1001—0785(2Ol1)05—0067—04Abstract：Thepaperde

2、scribesmodeling，finiteelementanalysisandsectionoptimizationoftelescopicboomofado—mesticspider—typeaerialworkingplatformprototype．Withintheallowablestrengthanddeformationoftelescopicboom，reasonablesectionshapeanddimensioncanbeobtainedtomaketheboomhavemini

3、mumweightafteroptimization．Itpro—videsbasisfordesignandmanufacturingofaerialworkingplatform．Keywords：aerialworkingplatform；telescopicboom；finiteelementanalysis；parametricmodeling；optimization国内某型蜘蛛式高空作业平台伸缩液压缸布置在箱形伸缩臂内，伸缩臂共4节(基本臂、第2llI、Ll节臂、第3节臂、第4节臂)，采用

4、高强度钢板焊l、一、。、接而成。由液压缸实现变幅，采用1个双作用液』r、Jff茸、压缸和链条机构实现4节臂的同步伸缩。臂与臂f}ff之间通过滑块连接。f‘／』f}f1工况分析／f』f高空作业平台工作范围如图1所示。为防止』If亩一一倾覆，在各个角度下伸缩臂所允许的最大伸出长v7加"B¨m98765432『∥度有一定限制。在水平位置下允许最大伸长为9．2i々{，m。变幅角度为66。～85。时，允许4节臂伸至总长II]下T17．793In。所有角度下允许吊篮中的最大载荷是相同的，故判断危险工况有3个，即水平

5、位置时图1高空作业平台工作范围伸缩臂最大伸长情况，以及变幅角度分别为66。和85。时伸缩臂最大伸长情况。考虑66。(工况A)和0。工况(工况B)，此时飞臂与地面保持水平。1．1工况A受力分析伸缩臂全伸，工作角度66。，载重量最大，飞臂与地面水平，突然制动。飞臂重量设为G，吊篮重量设为，最大载重量设为G，，飞臂的长度设为L，厶为吊篮的宽度，如图2所示。根据设计结果，取G=80kg、G2=50kg、G3=200kg图2工况A受力分析示意图(双人)、=2．3m、，=0．8113。《起重运输机械》2011(5)

6、一67一由于高空作业平台还没有完备的设计准则，格划分。考虑到第4节臂的臂头同样受弯矩的作其工作情况与起重机类似，故分析计算时参照用，故为该单元增加绕3个坐标轴的转动的自由《工程起重机》和《起重机设计手册》。进行有限度ROTX、ROTY和ROTZ。元分析时，将吊篮和飞臂的作用力跟载重量一起臂件和滑块的材料属性如表1，由于材料属性等效转化到臂头，等效力有2种，故在划分网络前需对伸缩臂有限元模型FA’=9．82(GI+G2+G3)=3945．48N进行单元指定。经过布尔操作后查看体单元，体FA=FA3sin2

7、4。=1604．78N,积号92—98为4节臂和3个连接套件；体积号F：FAycos24。=3604．4N10—91为滑块。采用自由网格方法划分网格，通式中：为起升状态级别系数，此时伸缩臂过多次试分析，发现伸缩臂的单元边长取30，滑已到达最大变幅，仅飞臂绕臂头旋转。圆周运动块的单元边长取15，既可满足精度要求，又考虑取平稳工况，则取=1．22。了计算机的运算能力。根据力的转化原则将力平移到臂头会产生表1材料属性力矩部件材料弹性模量泊松比密度M=[+1L)(G+G3)+1G]×9．8MPa／ft．n1In

8、-3)臂件15MnV2．1X100．287．85×10一=7516．6N·m滑块尼龙660．28×100．41．15×10一1．2工况B受力分析工况B工作示意图见图3。因为考虑伸缩臂起3．1加载升离地有中度冲击，取=1．66，则等效力F=有限元建模时对伸缩臂结构进行了简化，使5368．44N，等效力力矩MB=7516．6N·m。有限元模型的结构自重略低于伸缩臂实际重量，因此在有限元前处理过程中需增大材料密度以补偿结构自重。起升载荷对承载结构