TC75汽车起重机伸缩臂结构优化及有限元分析

发布时间：2020-04-19 11:24

【摘要】：伸缩臂是汽车起重机重要的组成部分与主要的受力构件。伸缩臂在工作过程中受到多种外载荷的共同作用,其结构力学性能不仅影响工作的安全可靠性,还决定着整机性能与承载能力,对其进行结构优化与有限元结构分析是具有重要意义的。本文以TC75汽车起重机伸缩臂为研究对象,以有限元分析软件ANSYS为工具。首先,分析了伸缩臂具体结构,并根据伸缩臂三维模型,利用ANSYS Parametric Design Language建立了伸缩臂的整机参数化有限元模型,并对伸缩臂危险工况进行了有限元静力学分析,得出整体位移情况与应力分布情况;然后,对危险工况进行了应力测试试验,对比分析测试结果与分析结果,验证有限元模型的正确性;其次,改进了危险位置的结构,并采用梯度寻优法在ANSYS优化模块中,以截面尺寸为设计变量,应力与位移为状态变量,整体质量为目标函数,对伸缩臂截面进行了优化,优化后伸缩臂减重9.6%;最后,针对优化后模型进行了有限元静力学分析,对比优化工况优化前后危险位置的应力情况、整机应力分布情况与位移情况,并校核其他三个工况下优化后强度与刚度;对每个工况进行了模态分析,得到其振动参数,为避免工作时出现共振现象提供了依据;进行了屈曲分析,确定了每个工况下的临界失稳载荷,证明伸缩臂在正常工作条件下不会发生失稳。本文对TC75汽车起重机结构优化提供了理论指导,同时也为同类工程实际问题提供了参考与解决思路。
【图文】：

伸缩臂,工程机械行业,汽车起重机,起重机

1.1 课题背景及研究的目的和意义工程起重机行业在“十二五”期间一直处于低迷的势态，但是在长江经济带、京津冀一体化和“一带一路”三大战略的影响下，工程机械行业迎来了持续近一年半的增长，并且增长势头未有减弱的迹象，令整个行业为之振奋。“十三五”规划中更有国家出台的为推动国民经济快速发展，加快经济建设步伐的政策，有效支持工程机械行业发展，预计在“十三五”期间收入年均增长 6.5%左右[1-3]。起重机在国民经济建设的各个领域中广泛应用，汽车起重机因具有机动性好、转移迅速快捷、效率高、适用各种场地作业等突出特点[4]。而伸缩臂系统是汽车起重机中重要的工作部件，根据统计，占起重机整机重量的 13%~20%，在大型起重机中所占比重更大[5-6]。在工作过程中，伸缩臂系统是主要的承重部件，要求伸缩臂具有足够高的刚度、强度和稳定性，所以针对伸缩臂进结构分析是必要的[7]。由于起重机伸缩臂的强度和刚度不足而导致的工程事故时常发生，带来了巨大的财产损失和人员伤亡，事故发生现场如图 1-1。

伸缩臂,截面形状

d）十二边形 e）U 形 f）椭圆形图 1-4 伸缩臂截面形状截面的改进，对刚度、强度、稳定性分析的逐步深入，四形工艺演变成为了六边形、八边形、十二边形和 U 形截板的宽厚比，对提高伸缩臂的整体稳定性与受压板的局部同时扭矩和横向力可以更好的在各节臂之间传递，进而使能更好的发挥。多边形截面随着边数的增多，其性能同样于大吨位的汽车起重机的伸缩臂中。后来逐步被 U 形截对象就是使用了 U 形截面。面是 U 形截面之后研究人员发现的一种理想截面形状，平，这种截面形式有这更优良的抗弯刚度和抗扭强度，，更不需要添加加强筋，且全部臂筒的截面形状更为相似。可能充分发挥出来，伸缩臂的重量也可以更一步减轻。因为
【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】：TH213.6

【参考文献】