混凝土泵车臂架结构有限元分析及优化

发布时间：2020-07-07 14:54

【摘要】：混凝土泵车是一种重要的工程建筑机械,其主要功能是将混凝土料输送到浇筑位置并进行浇筑。随着我国基础建设的快速发展以及劳动力资源成本提高,混凝土泵车的应用越来越广泛,臂架作为混凝土泵车的主要工作部件,臂架结构设计是泵车整机设计的关键。本文以某型号混凝土泵车为研究对象,对其臂架结构进行分析及优化设计。本文推导了混凝土泵车臂架结构强度及铰点力理论计算模型。建立泵车臂架变幅机构铰点位置优化的计算模型,采用加权法将变幅液压缸的等效应力最小化以及臂架危险截面等效应力最小化的多目标函数转化为单目标函数,将铰点的位置尺寸作为优化设计变量,对铰点位置尺寸、臂架危险截面等效应力以及液压缸等效应力进行约束,借助MATLAB遗传算法工具箱进行优化。在铰点位置优化的基础上,运用ANSYS有限元软件中的参数化建模语言建立了混凝土泵车臂架的有限元模型。根据混凝土泵车典型工况对模型进行有限元计算。将有限元模型提取的危险截面的等效应力以及铰点力与理论解析计算的危险截面的等效应力以及铰点力进行对比,验证有限元模型的正确性。运用APDL编写的优化程序对泵车臂架截面尺寸进行优化,在满足臂体刚度、强度前提下完成泵车轻量化设计,使臂架自身的重量减轻了8.6%。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU646
【图文】：

图 1-1 泵车的结构1-1 所示，臂架首端通过铰孔与转台铰接，臂体上附着输送水泥胶软管与金属输送管相连，转台与下车相接使泵车具有回转装在下车上，泵车运行时输送动力机构为水泥的运输提供动前，支腿伸出承载整个泵车的载荷，以免泵车运行过程中发时臂架通常折叠起来，常用的折叠方式主要有 R 型、Z 型以及式在性能上有着不同的优缺点[8]。由于下车一般都是大型运输移动性能优越。所以在一般规模较大的施工现场时都采用泵。泵车早已成为混凝土作业现场中必不可少的施工设备。凝土泵车及其臂架发展概况凝土泵车及臂架国外发展现状早提出了混凝土泵的概念，在 20 世纪初德国对混凝土泵进行

臂架结构,泵车

第 2 章混凝土泵车臂架理论解析计算工作臂强度与刚度分析工作臂结构次课题研究的对象为 5 节臂泵车，具体结构如图 2-1 所示，泵车的臂架臂体以及附着在臂体上的输送管，连接各个节臂的连杆，改变各个臂液压缸以及控制臂架回转角度的转台。各个节臂均由六块钢板焊接而是两片单层板，左右两板各由钢板及加强板组成。各个节臂之间依靠传递作用力，一节臂的末端与转台相连接，各个节臂通过销轴连接的，每个臂体上都有铰接孔用来安装液压缸及连杆，通过连杆将液压缸施加于臂体上从而达到臂架形态的变化从而适应复杂的作业工况，泵着输送管泵送到想要达到的预期位置并进行浇筑。

臂架结构,危险截面,受力分析,工况

2.1.3 工作臂的强度分析本次课题研究的混凝土泵车各部件材料均采用WELDOX900E，其材料的许用应力按照公式（2-1）进行计算[32-33] nsb0 .5 0.35 （2-1）式中s ——材料最小屈服强度，s =700MPa；b ——材料的抗拉强度，b =940MPa；n——安全系数，n=1.34； ——许用应力。将上述数据代入公式（2-1）可得WELDOX900E 的许用应力 506MPa。2.1.3.1 工况一强度分析泵车在工况一时各节臂的危险截面及基本的受力情况如图 2-2 所示。根据材料力学及理论力学的相关知识我们可以得出泵车臂架结构五个危险截面。将各个节臂的重力和输送管及管内混凝土的重力均集中施加在各个节臂的重心上。

【参考文献】