汽车起重机支腿压力的新算法

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1、第19卷第3期重庆建筑大学学报Vol.19No.31997年6月JournalofChongqingJianzhuUniversityJun.1997汽车起重机支腿压力的新算法荣国瑞(河北建筑工程学院建工系张家口075024)摘要应用经典力学理论导出了计算汽车起重机支腿反力的计算公式,编写了计算机程序,对车架进行了计算。为汽车起重机车架的设计计算提供了理论和计算依据。关键词汽车起重机,车架,支腿反力中图法分类号TH213.6汽车起重机吊重时,其支腿承受的竖向反力称为支腿压力。由于汽车起重机在工作状

2、态有四个支腿支承,支腿压力的计算属于超静定问题,求解较为困难。过去确定支腿压力时,大多按简单的静力平衡条件计算,这样做不但没有反映起重机车架的实际情况,而且经常出现支腿压力与支承情况不相符的现象,以致计算结果出现较大的错误。本文介绍一种采用经典结构力学理论并用计算机程序来完成的新方法。它不仅考虑了车架本身的变形对支腿压力的影响,而且把车架的实际支承情况作为确定支腿压力、建立方程的条件,从而保证了支腿压力与支承条件的协调性。为汽车起重机车架和支腿的设计计算提供了可靠的依据。1计算模型及荷载目前,汽车

3、起重机的支腿多采用H型支腿,由于其对地面适应性好,故广泛采用在中、大型汽车起重机上。本文以H型支腿为例,阐明汽车起重机支腿压力的计算理论和方法。汽车起重机车架,主要由大梁和支腿两部分组成。其承受着起重机的自重、吊重及其相应的力矩,如图1所示。由于大梁需要有较强的抗弯和抗扭性能,一般都把它做成整体性能好的箱形薄壁结构。因此可将大梁作为整体的一根梁。对于H型支腿,其包括固定腿和活动腿两部分,为了保证支腿结构体系的稳定性,在大梁与固定腿之间,前后设有较强的斜撑联系,所图1车架受力示意图收稿日期:1996

4、-11-13荣国瑞.男,1959年生,讲师50重庆建筑大学学报第19卷以可将固定腿与大梁看作刚性连接。另外活动腿与固定腿之间,采用插入式相互搭接,如图2所示,而且两者的轴线前后错开,各与支腿的中心线相隔一定距离。根据以上情况,在对车a)b)c)图2支腿受力情况示意图架进行静态研究计算竖向反力时,可以把车架简化成如图3所示的平面刚架。该计算模型只包括前后支腿在内的车架的后段,而车架前段重量对后段的影响则在车架的下车自重中加以考虑。车架承受的荷载,除下车自重G5和上车自重G6及其对回转中心产生的偏心力

5、矩MG外,还有吊重Q和起重力矩MQ,起重力矩是由吊重产生的对于回转中心的力矩。即MQ=Q#BcosA(1)其中B为吊臂的工作长度,A为吊臂工作时图3计算模型的仰俯角。由于上车自重和吊重及其相应的力矩都是通过回转支承传给车架的,而且MG和MQ作用在同一平面内,所以可将它们合并在一起,转化为作用在车架回转中心处的集中力P和力矩M,即P=Q+G6,M=MQ+MG(2)为了使计算得以简化,将力矩分解为绕梁的x轴的扭Mx和绕梁的y轴的弯矩My两个力矩分量,即Mx=MDKH,My=McosH(3)其中H为起重

6、机吊臂的工作方位角。因此,车架承受的荷载可以归纳为:下车自重G5、中心竖向集中力P、绕x轴的力矩Mx和绕y轴的力矩My,共计四种计算荷载。2计算原理车架是由四个支腿支承的,如果忽略地面水平摩擦力,在竖向荷载作用下车架竖向支反力的计算,属于一次超静定问题。当采用结构力学的力法对其进行计算时,首先应将其变为静定结构,例如去掉D支腿代之以反力F4,以此作为力法计算的基本结构,以D支腿的第3期荣国瑞:汽车起重机支腿压力的新算法51反力F4作为基本未知量进行计算。根据车架的支承条件,首先设车架在支点D沿力F

7、4的方向上的位移等于零,据此建立力法方程如下:D11X1+$1p=0(4)其中,X1表示待求的支反力F4;D11表示基本结构由于单位力X1=1的作用,在支点D沿X1方向产生的位移;$1p表示基本结构在支点D沿X1方向由荷载产生的位移。由于D11和$1p分别表示静定结构在单位力和已知荷载作用下的位移,所以采用单位荷载法便可完全确定。即22M1dxT1dxD11=E+E(5)EIGJM1MpT1Tp$1p=Edx+Edx(6)EIGJ其中M1、T1分别表示基本结构由力X1=1产生的弯矩和扭矩;Mp、T

8、p分别表示基本结构由荷载产生的弯矩和扭矩。为了得到上述弯矩和扭矩,首先根据静力平衡条件,求出结构的三个未知反力F1、F2和F3,在荷载作用下,由平衡条件可以得到下面的联立方程:F1p+F2p+F3p-G5-P=02MxF1p+F2p-F3p-=0(7)C2F2p(C1-C3+C6)-F1p(C3-C6)-F3p(C3+C6)+G5C4-My=0解方程组得到:F3p=(G5+P)/2-Mx/C2F2p=[PC3+G5(C3-C4)-2MxC6/C2-My]/C1(8)F1p=[G5(