基于Ansys的汽车起重机伸缩臂参数优化设计

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1、基于Ansys的汽车起重机伸缩臂参数优化设计丁振兴陶元芳陈艳芬薛孝磊1太原科技大学太原0300242长安大学西安710064摘要：针对汽车起重机伸缩臂在设计过程中由于工况复杂、各节臂架尺寸较多无法实现臂架尺寸最优的缺点，对臂架截面尺寸参数采用基于APDL语言的Ansys进行优化设计计算，在满足应力和变形的情况下实现质量最轻，从而实现了轻量化设计。关键词：汽车起重机；伸缩臂；优化设计；APDL语言；轻量化中图分类号：TH213．6文献标识码：A文章编号：1001—0785(2013)01—0021—04Abstract：Aimingattheshortcomingthattheco

2、mplexworkingconditionandmanydifferentsizesofboomsmakeitimpossibletoobtainoptimumdimensionoftheboomduringthedesignoftelescopicboomfortowercrane，theoptimalde—signandcalculationisperformedforboom’SsectionaldimensionbasedonAnsysofAPDLlanguage，inordertorealizelight——weightdesignunderthepremiseofme

3、etingstressanddeformationrequirements．Keywords：truckcrane；telescopicboom；optimaldesign；APDLlanguage；light—weight0引言汽车起重机应用于运输、装卸和筑路等场地口凸[=]以及临时吊装作业，伸缩臂架的设计及结构决定了其工作性能¨．2j。然而，由于伸缩臂截面类型及各截面尺寸参数较多，使得在设计臂架时往往不能在满足吊载工况的情况下使臂架自重口口[=]最轻，而臂架的自重对吊载有重大影响。因此，采用Ansys软件的APDL语言对伸缩臂架进行参数优化设计，使臂架在满足吊载的情况下达到最

4、轻，从而实现轻量化设计，具有十分重要的意义。1伸缩臂架的建模汽车起重机的伸缩臂架由基本臂、伸缩臂及附加臂组成，同时在臂架里安装有伸缩液压缸以及导向元件，使臂架实现伸缩。如图1所示，伸缩臂典型的截面有四边形、五边形、六边形、八边形以及u形-1等类型。以大吨位汽车起重机常用的U形臂架为例，对伸缩臂架进行参数化建模及优化设计。u形臂图2U形臂架截面参数架第一节臂的截面参数如图2所示，其余臂架截面参数类似。在确定了伸缩臂架的截面类型和参数后，即《起重运输机械》2013(1)一21—可建立臂架的有限元模型，采用APDL语言建立Q=：PQ+G的参数化有限元模型如图3所示。图4为2节伸缩臂架之

5、间滑块耦合的局部放大图。由于汽车起升工况钢丝绳拉力为：起重机伸缩臂在吊载工作时伸缩臂架之间由滑块接触来传递各种载荷，故在建立伸缩臂模型时需F：m叼解决滑块与臂架之间的接触问题。采用Ansys的由Q、F引起的轴向力F：接触单元可以很好的实现，但因模型规模大，且接触问题属于非线性问题，求解时的反复迭代计F=Qcosa+Fscos／3算会消耗大量的计算机资源。因此，本论文综合由Q、F引起的轴向力F：考虑各种因素后采用节点耦合自由度来处理滑块与各伸缩臂架之问的接触’。建立了伸缩臂臂F=Qsint~+Fssint~架的模型以及划分网格以后，即可进行加载2)回转平面内载荷的计算分析吊重偏摆侧

6、向力：Fh=P0·tan0式中：0为吊重的偏摆角度0=3。～6。。转化到伸缩臂端的风载荷和惯性载荷：Fb=0．4(Pw+PH)式中：Pw为吊臂侧面迎风面上的风载荷，P为伸缩臂的惯性载荷。图3伸缩臂建模及网格划分Pw=CPA式中：C为风力系数，P工作状态风压，为臂架迎风面积。PH=5Ma式中：为动载系数，a为起动加速度。侧向力：F=FH+Fb将上面计算过程采用APDL语言使其参数化，其部分实现程序代码如下：／SOLU图4伸缩臂滑块耦合局部放大图ACEL，gx，gY!重力KSEL，S，，，199，2051垂直内力施加2伸缩臂架的加载分析FK，ALL，FX，一SWLx／72．1载荷施加

7、及约束处理FK，ALL，FY，一SWLy／7伸缩臂架所受载荷有臂架自重、吊重、风载FK，ALL，FZ，Th／7荷、惯性载荷、偏摆载荷以及起升钢丝绳拉力等。KSEL，S，，，199，2051绳拉力施加按受力分析将伸缩臂架的载荷分为臂架变幅平面FK，ALL，FX，一Fx／7内和旋转平面内载荷¨。FK，ALL，FY，Fy／71)臂架变幅平面内载荷的计算伸缩臂架的约束主要在基本臂的尾部与转台垂直载荷Q：铰接处和铰接液压缸处2个位置。在基本臂尾部一2，一《起重运输机械》2013(1)与转台