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1、汽车起重机箱形伸缩式吊臂的有限元分析设计·计算设计!计算DesignandCalculation第38卷2007年9月工程机械箱形伸缩式吊臂结构由于结构紧凑、空间刚度大、抗扭性能好,广泛应用于汽车起重机中。伸缩式吊臂多数制成矩形截面的箱型结构,箱体结构内装有伸缩液压缸,在吊臂的每个外节段内装有支承内节的滑块支座,各节臂之间可以相对滑动;吊臂根部与转台铰接,靠近吊臂根部装有变幅液压缸,可实现吊臂在变幅平面内自由转动。吊臂是一个主要承受轴向压力、弯矩,以及转矩的构件。吊臂的常规设计计算通常的方法是将吊臂结构视为梁模型进行强度及刚度等方面的分析。使
2、用有限元法计算易于电算化,并且商业有限元软件功能强大,技术上非常成熟,所以在吊臂力学分析中运用越来越多。纪爱敏等[3、4]使用ANSYS的板壳模型对QY25、QAY125型汽车起重机的吊臂进行有限元分析,获得了比较准确的结果,并与试验结果相符;吴晓[5]、王立彬[6]、靳慧[7]均使用superSAP的板单元分别对SQTJ160型铁路救援起重机、100t铁路起重机的吊臂进行分析,得出吊臂受力最不利的工况位置,并与试验结果进行对比,提出改进建议。蒋红旗等[7、8]使用ANSYS的实体单元对QD20型起重机吊臂、高空作业车作业臂进行有限元分析,提
3、出了吊臂设计改进意见。但在上述建模过程中,过多的模型细节将使板壳、实体平面琐碎,必须通过GLUE命令使其边界条件连续,而且容易导致局部网格过密,增加建模过程复杂程度,加大计算成本,降低工作效率。起重机在一般情况下只要求计算结构的静态刚度和应力强度校核,为了提高有限元分析效率,在ANSYS中利用自定义截面单元直接建立梁模型进行有限元计算,并与理论解析解进行比较,计算结果较为精确,具有实际参考意义。1计算工况及受载分析以Q2-16型汽车起重机为例,在三节吊臂全伸(20m),工作幅度R=4.25m(吊臂仰角!=79°),吊重Q=60kN,吊臂自重G
4、0=2.5kN的工况下进行计算。吊臂所受载荷包括自重、起升载荷以及由于起重机的起升运行、变幅回转机构启动或制动引起的载荷及风载。吊臂载荷如图1所示。根据吊臂的受力特点及工作情况,将吊臂上的载荷分解为在变幅平面和旋转平面内的载荷。1.1吊臂变幅平面承受的载荷1.1.1垂直载荷QQ=;2(Q0+G0)+13;1G式中:Q0———额定起重质量;G0———吊钩重力;G———吊臂重力;;1———起升冲击系统;;2———动力系数。由于模拟吊臂自重时,采用ANSYS自动计算,故计算垂直载荷时去掉式中第二项,即:汽车起重机箱形伸缩式吊臂的有限元分析同济大学焦
5、文瑞孔庆华!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!;!!!!!!!!!;!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!;!!!!!!!!!;摘要:总结汽车起重机箱形伸缩式吊臂有限元分析国内新进展,分析现有的有限元方法优缺点。以Q2-16型汽车起重机伸缩吊臂结构为例,进行吊臂的受力分析,为数值模拟提供加载条件。以ANSYS有限元分析软件为工具,按吊臂实际工况,运用SECWRITE命令自定义三节吊臂截面直接在ANSYS环境下创建有限元模型,使用Beam44梁单元和节
6、点自由度耦合技术模拟各节臂的连接,进行有限元分析,得到吊臂应力变形数值计算结果,数值模拟所得结果与理论解析解相吻合,解释吊臂弯矩图出现非线性下降的原因。结果表明:用此方法进行数值模拟,建模速度快,节点及单元数大大减少,节约了计算成本,结果准确;同时指出这种方法建立有限元模型不能反映吊臂组成板和加强板应力分布的缺点,可为吊臂的设计制造提供有价值的参考。关键词:汽车起重机箱形伸缩式吊臂有限元分析节点耦合33——设计·计算设计!计算DesignandCalculation工程机械第38卷2007年9月图1吊臂载荷图!;1Q=#2(Q0+G0)=1.
7、2(60000+2500)=75000N1.1.2起升绳拉力SS=#2(Q0+G0)m$=1.2(60000+2500)2×0.99=37897N式中:m———起升滑轮组倍率;$———起升滑轮组效率。1.1.3臂端力矩MM=#2(Q0+G0)e1sin!-Se2cos;1=1.2(60000+2500)×0.24×sin79°-37898×0.165×cos0°=1.142×104N·m式中:!———吊臂在变幅平面的仰角;e1———臂端定滑轮与吊臂轴线偏心距;e2———臂端导向滑轮与吊臂轴线偏心距。1.2吊臂旋转平面承受的载荷旋转平面侧向力T
8、y=Th+Tb=(Q0+G0)tanu+0.4(PW+Ph)=0.05(60000+2500)+1495=4620N式中:Th———偏摆载荷;Tb———转化到臂端的
