汽车起重机伸缩臂有限元分析及优化设计研究

发布时间：2020-06-24 11:27

【摘要】：汽车起重机的整机性能是由伸缩臂的强度和整机稳定性决定的。伸缩臂是汽车起重机的主要承载和受力构件，并且占整机质量比重比较大。因此，伸缩臂的力学性能好坏不但决定了汽车起重机的整机性能，还决定着起重机在市场竞争中的经济性能。汽车起重机的种类较多，工况比较复杂，应用传统设计方法需要大量的重复计算工作，不但设计周期长，而且由于设计比较保守，使产品显得笨重。本文以汽车起重机伸缩臂为研究对象，在载荷确定和受力分析的基础上，以ANSYS软件为平台，应用APDL语言实现对伸缩臂的参数化建模、静力学分析、动力学分析以及优化设计的二次开发。通过静力学分析结果中的应力、应变和位移云图，醒目了解伸缩臂的力学性能，并分析出滑块、搭接量和仰角对伸缩臂的影响；应用模态分析了解伸缩臂的各阶固有频率和振型变化情况，并校验臂架的动刚度是否符合要求；应用屈曲分析得到伸缩臂的屈曲特征值，通过特征值判定伸缩臂的稳定性，并发现各阶屈曲模态的不稳定部位。在优化工具箱中，结合零阶和一阶优化方法对汽车起重机伸缩臂和变幅机构三铰点位置进行优化，根据强度、刚度和稳定性情况，找到伸缩臂的最优截面形状和最有利三铰点位置，使伸缩臂材料充分利用，减轻了伸缩臂的重量。通过ANSYS的二次开发功能和宏操作命令开发出集建模、分析和优化于一体的汽车起重机伸缩臂研究模块，缩短了汽车起重机的设计周期，提高了工作效率。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH213.6
【图文】：

伸缩臂,截面形式

合理的产品；通过适当的实验和检测方法，不断完善对起重机性能的认缩臂截面形式分析材料强度一定的情况下，吊臂的结构和截面形式成为提高起重机性能的小钢板厚度可以减轻吊臂的重量，但是却使钢板的宽厚比增大从而增大了的风险，所以通过不断压形和折边，形成其它合理的截面形式来满足吊臂。目前常用的截面形式有矩形、梯形、六边形、八边形、十二边形、U 形图 1.1 所示。形截面制造工艺简单，具有良好的抗弯刚度和抗扭刚度，它通过上下盖板成，在中小吨位的汽车起重机中应用比较普遍。腹板变薄可以减轻吊臂来局部失稳问题，所以为了满足稳定性要求经常在钢板上设置横向加强区设置纵向加强筋或在在侧板上开孔，并将钢板卷边以增强吊臂的抗屈面的下盖板比上盖板厚，这样可以使中性轴下移而减小下盖板的压力，从定性[14]。矩形截面因为其自身缺陷，在四角焊缝处容易产生较大的应力集强度材料的承载能力得不到充分的发挥。

受力图,伸缩臂,受力图,臂架

——风向与伸缩臂轴线的夹角假定风载荷垂直作用在起重机臂架上，则按受力分析可将这些载荷分解为轴向力和横向力，伸缩臂受力图如图2.1所示。图 2.1 伸缩臂受力图Fig2.1 Force diagram of telescopic boom（1）臂架在变幅平面的计算载荷轴向力 N ： sin cos31221rQQbnPN PG （2-5）横向力yP ： cos sin31221rQyQbnPP PG （2-6）弯矩： sin cos2221enPMPerQLxQ （2-7）式中 ——变幅平面内重物与臂架轴线夹角； ——变幅平面内起升绳与臂架轴线夹角。1e ——臂端定滑轮与臂架轴线的偏心距；2e ——臂端导向滑轮与臂架轴线的偏心距；

【参考文献】