履带起重机臂架强度简化计算方法研究-论文.pdf

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2015年第2期重工与起重技术N0。22015总第46期HEAVYINDUSTRIAL＆H0IS，I1NGMACHINERYSedaINo．46履带起重机臂架强度简化计算方法研究大连华锐重工集团股份有限公司设计研究院沈健摘要：以履带起重机臂架结构的简化模型为研究对象，运／j，—：等EI—：El、(3J)J’用经典材料力学原理，借助有限元数值方法，对履带起重机的臂架结构进行强度分析，整理出了一些有意义的计算方该方程将作为下文内容最主要的理论公式。法，满足了这类工程设计的实际需求，所采用的分析方法对3理论延伸相似形式钢结构的设计计算具有一定的参考价值。关键词：履带起重机；臂架结构；强度分析3．1中间节非渐变截面臂架1引言通常，中间节非渐变截面臂架可简化成如图2所示的由3个截面组成，其中包括2个渐变截面和臂架是履带起重机最重要的承载构件，通过臂1个中间等截面。架实现重物的提升，包括在水平工作平面的回转以及在竖直工作平面的变幅实现重物的移动。作为起重机的主要承载部件，其结构日益向着大型、高耸、轻柔、桁架式的方向发展。高强度钢材的大量采用提高了结构强度，却使刚度和稳定性问题日显突出。由于履带起重机臂架中复杂桁架结构的应用，图2中间节非渐变截面臂架原有的计算方法不能快速高效地解决现有的强度首先，为计算方便，利用公式(4)(式中t=O，l，2，3计算，因此，必须对现有的计算方法进行相应的改⋯凡)把渐变截面转化为等截面，渐变截面折算方法进。文章借助有限元数值方法，对履带起重机的臂见图3。架结构进行强度分析，整理出了一些有意义的计算L=—16(4)方法。++十2理论依据通常，起重机臂架在回转平面内受侧向力及沿臂架的轴向力作用时，可简化为带有一定约束的悬臂杆件，受力如图1所示。图3渐变截面折算为等截面方法由此，我们将渐变式与等截面的臂架组合转化为如图4所示的三个等截面的组合。图1臂架轴向及侧向受力注：F_臂架轴向力；卜制向载荷；L—臂架长度；卜臂架侧向挠度。引用经典材料力学中的挠曲线方程【-】：l，图4转化后的三等截面臂架=告(1)其受力简图也由图1演变成图5。按照图1所示，对臂架进行受力分析，得到臂架根部所受弯矩翻为：M=Fxf+PxL(2)将公式(2)带入公式(1)，可以得到一个齐次的挠曲线方程为：图5三等截面组合臂架受力一4一 重工与起重技术HEAVYINDUsTRIAL&H0Is11NGMACHINERY注：a一上臂节长度．b一中间节长度；c—下臂节长度；卜—臂架总挠度；f广中间节根部挠度；f卜上臂节根部挠度；L一_臂架长度。假设计算中没有长度损失，利用公式(3)对整个臂架进行分段列方程如下：图6臂架拉板对臂架侧向力影响计算()，，：(5)Ⅳf=(12)与臂架臂头转角相同，所以有如下关系式：)，，=(6)o=f(13)t5<(a+b)+F(f-f1)+Ffl+exc(7)—把公式(13)与(5)、(6)、(7)联立组成齐次方程：—．．，1一E／,＼／组，求出，即可得出全部未知数。式中：3．2中间节渐变截面臂架等复杂情况Jrl—下臂节转换惯性矩；上节介绍了简单形式臂架的计算方法，是将臂，1一中间节惯眭矩；架看成3个不同截面组成的臂架。而渐变截面臂架，3—上臂节转换惯性矩。是将臂架转化成多个变截面，原理与上节所诉的将联立公式(5)、(6)、(7)解齐次方程组可求出．厂渐变截面转化成变截面相同，只是计算过程复杂些。以及。下文介绍如考虑重力的长臂架如何计算。设为所求截面到臂根的距离，由公式(2)可先将臂架分为等长的几段，因为臂头臂根特殊，得：所以将中间节分份比较合适，如图7所示。)=尸×-x)+F(f-f,)(8)带人公式(3)可得：P~(L-x)+F(f-f~)(9)：——＼，．．，I一E1．其中，-为截面的惯性矩，由此可得到处的弯矩∽和处的挠度。又因为：图7渐变截面臂架分段简化即十(u1o0)计算时需比上文多计算更多的截面。如图7所示，将整根臂架等分为7份，以aa截面为例说明。式中：卜截面抗弯模量；FxOC-fJ+Px争xL+G1xOCc,-f~+G2xOCm--f．)A。截面积。(=——————广—————一经计算，最后得到17"≤[or]，即可满足要求。(14)必须说明，式中的P并不是计算标准里所规定最后计算应力中加入上2节重力作用如下式：的侧向载荷。因为在实际受力过程当中，臂架的拉+)板或拉绳对臂架侧向压杆稳定变形趋势有阻碍作用，所以，P应当为计算标准里的计算载荷尸n减去此方法分的份数越多，结果越精确。该方法为简拉板的阻碍载荷Ⅳf所得，如公式11所示：便算法，只能得出近似解。如有必要可以把重力设为P=一Ⅳf(11)dGi，把挠度设为df,，i为第几节数；进行多重微积分由于侧向载荷的影响，臂架拉绳虽然两端有相运算。对的侧向位移，但2组拉绳的代数合近似不变。假此方法还适用于更多复杂的约束加力形式，如设在受到侧载时拉绳总拉力Ⅳ不变，如图6所示求地面坡度及风载[31等。风载可以把均力加在模型上，出Ⅳf：也可以转化到臂头进行计算。(下转第11页)一5一 重工与起重技术HEAVYINDUSTRIAL＆H0ISrfNGMACHINERY3．2改进后的特点的防护等级。销轴传感器的制作材料可根据实际需要为保证丝杠的锁紧效果，丝杠上的螺母采用双螺合理选用，但销轴的表面应当采用镀铬处理避免生母锁紧。双螺母通常为GB／T6172．1—2000六角薄螺母锈。另外传感器的航空插头与电缆应采用分离式，便与GB／T6170—2000六角螺母的组合。为方便现场安于用户更换传感器电缆。装人员安装，避免安装过程中出错，也可采用两个GB采用此种张紧形式，有效避免了物料对皮带的损／T6170-2000六角螺母的锁紧方式，但螺母必须都采伤。小车底部增加防倾翻小轮(如图6所示)，可应对用镀锌钝化处理。突然发生的紧急状况。小车底部的顶丝机构，消除了堆取料机设备的使用环境大都比较恶劣，小车张皮带运转时带动滚筒产生的冲击震动。对于用户来紧装置在使用中丝杠螺纹的腐蚀是必须重视的问题。讲，此装置更加易于日常维护和保养。为减缓腐蚀，丝杠的螺纹部分应采用镀锌处理。同时丝杠上应当涂抹适当的润滑脂，增加丝杠保护罩和伸缩防尘罩。为方便用户实时监测皮带的张紧情况，对整个皮带机运行情况作出及时准确的判断，与丝杠相连的销轴应采用销轴传感器。如图4、图5所示。图6小车底部的防倾翻小轮4结论随着散料设备技术的不断发展进步，结合用户市场的反馈建议，堆取料机设备中的部件也在不断优化完善。张紧装置作为斗轮堆取料机皮带机设备上的重图4销轴传感器位置要部件，轻则影响皮带机皮带寿命，重则直接影响用户的利润与设备使用效率。因此在成本可控的前提下，应当采用合适的皮带张紧形式，最大程度保证设备运行的可靠性和易维护。图5销轴传感器参考文献【l】邵明亮，于国飞等主编．斗轮堆取料机．化学工业出版社，2007在选用销轴传感器时，除了提出详细的机械陛能参数，还应当注意现场的使用环境情况，以及传感器(上接第5页)4结论接列式直接得结果，而且语言化的界面使全程自动计算成为了可能，大幅度减少了工作量。履带起重机臂架强度简化计算方法计算较为精确，不仅可用于桁架式结构，还能适用于箱型伸参考文献缩臂结构；能够计算臂架任意截面的应力和挠度，[1]刘鸿文．材料力学．北京：高等教育出版社，2011在中间节渐变设计中给予较为精确的结果，缺点是[2]王金诺，于兰峰．起重机械设备金属结构．北京：中国铁道计算量较大，且解齐次方程在大多数编程软件中实出版社，2002[3]中国标准出版社．GB3811-2008起重机设计规范．北京：中现困难，但在Matlab等数值分析软件中计算比较简国标准出版社，2008单。齐次方程甚至是齐次方程组在Matlab中可以直