混凝土泵车臂架复杂工况有限元分析及优化

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1、产品●技术Product&Technology混凝土泵车臂架复杂工况有限元分析及优化FiniteElementAnalysisandOptimizationofArmsoftheTruckMountedConcretePumpunderComplexWorkingCondition柳工集团上海鸿得利重工股份有限公司胡小其/HUXiaoqi秦昊/QINHao摘　要：本文运用ADAMS软件对某型泵车臂架进行多体动力学仿真，分析了油缸铰点、臂架连接铰点等位置作用力随运动变化规律曲线，确定了7个典型计算工况；在此基础上，运用ANSYS软件对不同工况下臂架的应力和变形分析，并对其相关设计进行优化，结

2、构优化经应力测试验证，研究结果对缩短泵车臂架的研发周期和优泵车臂架设计具有重要作用。关键词：泵车臂架复杂工况有限元1概述利用多体运动仿真、有限元计算等多种分析手段，分[4]混凝土泵车是输送混凝土的专用机械，混凝土泵别建立多体动力学模型、有限元模型。先运用车主要由底盘、泵送系统、臂架系统组成。其中，臂ADAMS先对混凝土泵车动力学进行分析，将其抽象架是泵车最主要的关键部件之一，其安全性、可靠性和先进性是决定泵车核心竞争力的关键。依依据相关国家标准及法规的限制，混凝土泵车整机运输高度、宽度以及空间布局都有规定，更凸显其设计难度及设计优化的迫切性。同时泵车结构始终处于动载作用下，臂架结构各部件间

3、还存在着耦合作用，容易发生疲劳破坏而出现局部变形、开裂等问题。因此，对臂架结构进行设计优化及提高可靠性的研究在行业内具有重要意义。传统观点认为，臂架水平全伸时的工况是最危险[1~2]工况，但是对于某些部件，从经验可以判断其最大应力应该发生在其它作业工况。为了更好地了解臂架的整体应力分布情况，对于其各个作业工况都进行有限元计算是非常必要的。由于臂架做空间运动，臂架间展开形态组合复杂。以5节臂为例，如果以每节臂10°为增量定义一个工况，最终将有2440360个组合工况。由于工况较多，计算[3]时间过长，对计算机硬件要求非常高。因此，如何提高计算效率，分析如何选取及确定臂架工作工况更具实际意义。

4、2分析路线本文以某型泵车臂架为研究对象，如图1所示，图1臂架系统三维几何模型2012.07建设机械技术与管理97产品●技术Product&Technology为多刚体系统，应用多刚体动力学的建模方法，将泵车直接点，所以同样作为参考依据点；其他连接位置的臂架的各节臂架和连杆看作不可变形的刚体，在运动支反力都直接或间接受油缸、端头连接影响及控制，仿真软件中建立臂架系统的动力学模型。通过仿真获变化规律也一致。得油缸铰点、臂架连接铰点等位置作用力随运动变化依据外部载荷最大化这一原则，臂架完全水平展规律曲线，分析其中规律，确定臂架工作典型工况，并开时，臂架系统承受的弯矩最大，而弯矩是影响程度作为有限

5、元分析的计算工况选取的依据。依据选取确超过自重的最大载荷，运动仿真从水平位置开始。通定的计算工况，运用ANSYS计算得到结构相应工况过ADAMS多体动力学仿真，获得了如图2所示的油缸、下结构强度、刚度，为设计优化提供数据支持。臂架相连销轴铰点的支反力变化规律曲线。3.2有限元分析3分析过程通过对支反力变化规律曲线进行分析，获得各部3.1运动仿真件支反力变化规律及相应臂架展开形态。最终确定的通过对臂架系统进行运动仿真分析，获得了不同有限元计算7个典型工况：臂架系统完全沿水平展开；运动姿态下，臂架各相连销轴及支撑油缸处的支反力，臂架1与水平夹角20°，其余臂架沿水平展开；臂架系通过对支反力变化

6、趋势及对应运动姿态的分析，确定统完全铅垂直立展开等。了臂架系统各部件受力最大的危险位置。按照相关行业规范标准对结构施加外载荷，通过ANSYS有限元计算得到臂架静载下强度数据，并与应1.80E+06⊍㔌1⊍㔌2⊍㔌3⊍㔌4力测试数据对比见表1，图3~8分别为各臂等效应力、1.60E+06⊍㔌51.40E+06整体变形云图。1.20E+06表1部件等效应力最大值汇总1.00E+06部件等效应力最大值/MPa应力测试值/MPa对应位置ᬃড࡯/N8.00E+05转台324356后背部立板6.00E+05臂架1450421臂架小头4.00E+05臂架2428398臂架根部底板2.00E+05臂架34

7、30401臂架根部底板0.00E+000306090120150臂架4319310臂架根部底板ᯊ䯈t臂架5135120臂架根部底板1.20E+06䫔䕈1䫔䕈2䫔䕈3䫔䕈4䫔䕈51.00E+06依据有限元分析结果，对相关设计进行优化：对臂架应力较小区域位置开设减重孔，对局部板厚进行8.00E+05了相应调整。计算数据显示，修改后的模型满足结构6.00E+05设计强度、刚度要求，同时对臂架系统有较明显的减ᬃড࡯/N4.00E