汽车起重机重要构件的有限元分析及车架底盘的轻量化设计

发布时间：2017-06-30 16:21

  本文关键词：汽车起重机重要构件的有限元分析及车架底盘的轻量化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：汽车起重机是装在普通汽车底盘或者特制汽车底盘上的一种起重机，由于具有动作灵活、集成化程度高、功率大、稳定性好、操作方便等优点，汽车起重机是各种工程建设广泛应用的重要设备，在基础设施建设中发挥着重要作用。汽车起重机的安全性、可靠性是至关重要的，汽车起重机的可靠性是其品质好坏的重要衡量标准。 车架在车辆的使用过程中受力情况很复杂，使用传统的力学分析方法，所得结果与实际使用情况的偏差很大；而使用试验方法，首先成本很高，其次试验周期长。而有限元分析技术，能大大减小成本，缩短研发周期，有限元方法是现代工程设计中一种有效、快捷的辅助工具。把有限元方法应用于起重机车架结构设计中，可以对车架进行优化设计，缩短新车研发周期，节约研发费用等有重要意义。轻量化技术是指采用优化结构、优选材料、优选加工方法等方式，减轻机械零部件或整机的质量，从而达到提高产品性能、降低成本、节能减排等综合效益的一项技术。 本文介绍了有限元思想、发展趋势及其具体分析步骤，着重介绍了在本课题中用到的板壳结构，并对板壳结构的薄板理论，厚板理论，壳单元理论，对shell-63单元的节点力、节点位移、应力应变矩阵方程进行研究，从理论上了解了有限元的分析及计算过程，为进一步的有限元分析奠定了基础。 转台结构和支腿是汽车起重机主要结构件，对整机性能关系重大，它的故障将产生严重后果：强度不足将导致结构件的变形和损坏；刚度不足导致作业不稳定，甚至倾覆。通过运用有限元软件ANSYS12.0对转台在三种危险工况下进行分析结果显示，整体应力应变均在许用应力范围内，在额定载荷工况和最大起重力矩工况下最大应力出现在变幅缸铰轴耳板处，主臂全伸最大幅度吊载工况下应力最大值出现在在头部内侧板处，最大应力值均小于300MPa，完全符合实际使用要求；对活动支腿和固定支腿箱间添加节点自由度耦合，结果显示在最大载荷下应力应变均在材料允许的范围内，符合起重机作业要求。 运用ANSYS有限元分析软件对某公司25t汽车起重机车架后段进行了有限元分析计算，对起重机的设计改进提供了理论基础，通过分析车架在四种危险作业工况（正前方吊载、正后方吊载、正侧方吊载以及后45°方向吊载）下的应力及变形情况，对车架进行局部优化。分析车架在不同工况下应力较大的点出现的原因，并对该区域进行局部加强，对车架应力较小、受力变形较小的区域进行适当的简化，使车架质量能够在保证刚度和强度要求的情况下最大限度的降低到最小。通过比较优化前后车架应力云图可以发现，每个工况下最大应力值都有不同程度的降低、应力分布更加均匀、结构更加合理。优化后的整机投放市场23台套，经使用无一车架质量失效反馈。经过优化，车架单台重量减少了180kg左右，，降低材料成本约900元，达到了轻量化的目的。
【关键词】：汽车起重机 转台 车架 有限元 轻量化
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH213.6
【目录】：

• 中文摘要6-8
• Abstract8-10
• 1 前言10-19
• 1.1 起重机概述10-11
• 1.2 汽车起重机特点及未来发展方向11-13
• 1.2.1 汽车起重机特点11-13
• 1.2.2 汽车起重机的未来发展方向13
• 1.3 研究的目的与意义13-15
• 1.4 国内外研究现状15-17
• 1.4.1 国外研究现状15-16
• 1.4.2 国内研究现状16-17
• 1.5 研究内容17-18
• 1.6 小结18-19
• 2 有限元方法及其应用19-27
• 2.1 有限元的基本思路及解题步骤19-20
• 2.1.1 有限元法的基本思路19
• 2.1.2 有限元法的分析步骤19-20
• 2.2 板壳结构20-26
• 2.2.1 薄板理论21-23
• 2.2.2 薄板矩形单元-shell63 单元23-26
• 2.3 小结26-27
• 3 汽车起重机转台和支腿有限元计算27-36
• 3.1 转台有限元分析28-32
• 3.1.1 转台模型的建立28-29
• 3.1.2 约束条件29-30
• 3.1.3 计算结果30-32
• 3.2 支腿有限元分析32-34
• 3.2.1 固定支腿和活动支腿模型32-33
• 3.2.2 约束条件33
• 3.2.3 计算结果33-34
• 3.3 小结34-36
• 4 汽车起重机车架底盘有限元模型的建立36-45
• 4.1 汽车起重机车架底盘的总体布置36-38
• 4.2 车架有限元模型的建立38-39
• 4.3 车架模型材料的选择39
• 4.4 各零件间的连接定义39-41
• 4.4.1 车架刚性区域的建立39-40
• 4.4.2 活动支腿与固定支腿箱接合处的节点自由度耦合40-41
• 4.5 汽车起重机车架载荷分析41-44
• 4.5.1 载荷分类42-43
• 4.5.2 汽车起重机车架载荷及约束处理43-44
• 4.6 小结44-45
• 5 汽车起重机车架优化前后有限元分析结果45-55
• 5.1 汽车起重机车架优化前不同工况下的结果分析45-50
• 5.2 汽车起重机车架优化后不同工况下的结果分析50-53
• 5.3 优化前后应力值比较53-54
• 5.4 小结54-55
• 6 结论与建议55-57
• 6.1 结论55
• 6.2 创新点55-56
• 6.3 建议56-57
• 参考文献57-62
• 致谢62-63
• 攻读硕士学位期间发表论文情况63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 许尚贤，陈云飞;特大型汽车起重机车架的有限元分析[J];东南大学学报;1995年S1期

2 张平;徐学林;李新华;李波;;汽车起重机回转支承的有限元计算与分析[J];工程机械;2008年05期

3 张强;林博;;汽车起重机活动支腿结构改进设计[J];工程机械;2011年09期

4 Bijan Abbasi-Khazaei;Saeid Ghaderi;;A Novel Process in Semi-Solid Metal Casting[J];Journal of Materials Science & Technology;2012年10期

5 徐益创;;汽车起重机车架的有限元分析[J];工程机械;1982年05期

6 卢毅非;;中国汽车起重机市场分析[J];建设机械技术与管理;2006年07期

7 苏玉珍;李成;贾红雨;杨洁;;某车型车架的有限元分析[J];机械设计与制造;2009年08期

8 温洁明;;某重型载货汽车车架有限元及试验研究[J];机械设计与制造;2012年07期

9 王欣 ,高顺德 ,屈福政;国内外大型起重机的发展状况[J];建筑机械;2005年02期

10 欧沩滨;郭学祥;;基于Patran的汽车起重机车架及支腿有限元分析[J];建筑机械;2011年03期

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本文编号：502621