折臂式擦窗机主臂架强度分析与结构改进

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1、¨l设计计算【)s。GN＆jcALOULA下oN■折臂式擦窗机主臂架强度分析与结构改进方小军，王进，马军星，夏德茂，吴安，曹恩钦(1．长安大学，陕西西安710054；2．北京凯博擦窗机械技术公司，北京100013)[摘要]在整机力学分析的基础上，利用ANSYS软件对折臂式擦窗机的主臂架进行结构有限元分析，获得主吊臂和折臂支撑完整的变形和应力分布情况，校核了其刚度和强度；为改善折臂支撑应力分布，提高材料利用率，对折臂支撑进行了结构改进；通过比较改进前后应力分布状态，验证了折臂支撑结构改进方案的合理性。[关键词]擦窗机；有限元；强度分析；结构改进[中图分类号]

2、TU654[文献标识码]B[文章编号]1001—554X(2010)080080—04Strengthanalysisandstructuralimprovementontheframeofgoose-neckjibgondolaFANGXiao-jun，WANGJin，MAJun-xing，XIADe—mao，WUAn，CA()En-qin折臂式擦窗机是对异型立面高层建筑外墙清洗回转机构相连，使主吊臂可绕底座立柱旋转。和维护的专用设备，主臂架是折臂擦窗机的主要承654321载部件之一，由折臂支撑和主吊臂构成，对其进行精确的强度计算和校核，可以指导设计和保

3、证整机的安全。由于主臂架结构和受力状态复杂，传统力学计算方法很难获得其整体变形和应力分布状态。本文在对CD250型折臂式擦窗机工作过程整体力学分析的基础上，确定了主臂架最危险受力工况及其载荷，采用有限元软件ANSYS对主臂架进行了强度分析。根据分析结果，提出了折臂支撑结构改进方案，改进后折臂支撑最大应力值减小，应力分布更趋均匀，表明该改进方案合理，对此类折臂式擦窗机的设计具有一定指导意义。1．卷扬机构2．底座3．上回转机构4．主吊臂6．折臂支撑7．油缸1结构概述8拉杆9．折臂1O．小吊臂11．吊篮图1擦窗机结构简图CD250型折臂式擦窗机结构简图见图1。该

4、擦窗机主臂架主要由折臂支撑6和主吊臂4组成，折2受力分析与计算工况的选择臂支撑由两块侧板通过多个筋板和腹板焊接成箱形结构，通过上回转机构5与主吊臂相连，可相对主擦窗机工作过程中，主臂架受力简图如图2所吊臂在水平面内旋转。折臂支撑下端与折臂9和拉示。载荷包括：折臂支撑自重G、主吊臂自重G2杆8铰接，通过油缸7实现折臂俯仰的同时保持小和卷扬机构自重，钢丝绳通过导向滑轮的作用臂10的水平。主吊臂4为钢板焊接的箱型结构，内部用筋板[收稿日期]2010—05—10[基金项目]国家科技支撑计划项目(2008BAJ09B07)加强，主臂前端通过回转机构与折臂支撑连接，后

5、[通讯地址]方小军，西安市长安大学工程机械学院建筑机部装有卷扬机构和配重，中部的耳板通过销轴和上械系交通科技大厦2103房间80建筑礼械2010．08(上半月刊)力F和F，拉杆作用力，油缸作用力F及折结构特点。单元选择原则是计算精度高、收敛速度臂作用力F。快、计算量小；同时，单元类型应对结构的几何形状有良好的逼近，能真实反映结构受力状况[1]。折臂支撑和主吊臂均为薄钢板焊接而成的箱形结构，钢板的厚度远小于其长度和宽度，故该模型属于典型的板壳单元结构。本文采用壳单元SHELL181，该单元对于薄板乃至中厚板均有较高的分析精度。SHELI181单元共有4个结点

6、，默认状态每个结点具有6个自由度，可用于线性、非线性分析l_2]。网格划分时采用精度水平为6，自由划分。AN—SYS根据主臂架结构特点，自适应地调整网格密度。图2主臂架系统危险工况受力图主臂架有限元模型见图3，整个模型包括除自重外，其余力的大小和作用方向均与小吊39904个SHELL181单元，39667个结点，根据模臂、折臂和折臂支撑的工作位置有关。为了确定主型中实常数则要根据各板实际厚度定义，本文共定臂架最不利受力工况，在主吊臂和折臂支撑上分别义实常数16个。选择截面I—I和Ⅱ一Ⅱ，采用力学分析方法，运用MATLA语言编程，计算出两截面最大应力工况为：

7、折臂处于水平位置，小吊臂与折臂共线，且二者随折臂支撑旋转至与主吊臂垂直，载荷情况如图2所示。根据图2计算出危险工况时主臂架各点受力。在有限元分析中，结构自重G、G2可由软件按体载荷加载，卷扬机构自重按集中载荷加载，表1中仅列出各集中力沿坐标轴方向的分量值。表1主臂架处于危险工况时载荷表作用力作用方向数值／NX88918Z223441图3原始结构有限元模型及施加约束和载荷X63703．2约束条件及加载处理Z～6370折臂支撑与上回转支承内圈通过24个高强螺X～6370栓连接，上回转支承外圈与主吊臂通过24个高强Z～6370螺栓相连。这里，忽略上回转机构内外圈

8、与滚动体X一13O148Z一250142之间的间隙，并假设折臂支撑