160t鐵路救援起重機伸縮式吊臂有限元分析及優化

 

    吊臂實際結構。1節臂鉸點2變幅液壓缸鉸點3.羊角鉤4.1節臂52節臂63節臂2工況分析根據各節吊臂在工作情況下可能的*危險的情況確定計算工況，起重機典型的工況見表1其吊臂受力簡圖如所示。圖中各物理量：M為鋼絲繩與吊重產生附加彎矩：N為軸向力；Py為切向力；T為貨物偏擺產生的扭矩；F為F與Px合力；F1為鋼絲繩受力；Px為切向載荷。

 

    表1起重機典型的工況工況幅度/m吊重力矩/（m）為便于模型各種工況的分析，并且方便后續優化，設計采用參數化建模。

 

    材料設置，為使吊臂機械性能好，自重輕，選取高強度鋼21，本文選用的高強度鋼，抗拉強度為1100MPa滑塊選用鑄青銅材料。由于承受壓力大，在帶載伸縮時會使吊臂滑塊處產生很大的摩擦熱，如果采用尼龍滑塊在誤操作情況下容易燒毀。

 

    通過對吊臂進行合理的力學分析判斷，吊臂發生失效都是在各節吊臂的根部，吊臂頭部有很多加強板加固，設計剛度大，承受彎矩小，在單獨分析3個節臂頭部時發現吊臂頭部應力都在100MPa以下，所以可以對吊臂頭部進行簡化，不建立各節吊臂頭部加強板，便于后面的有限元優化。對吊臂做如下簡化：各節臂加強筋板全部忽略，但是要施加其質量；各節臂頭部簡化處理，沒有打箍；變幅液壓缸與吊臂連接處簡化，通過在變幅液壓缸處施加相應的約束；建模時忽略3節臂頭部，方便優化。

 

    建立各節臂的滑塊，滑塊與吊臂之間通過aVERLP布爾運算和節點耦合運算保證滑塊與各節吊臂之間可靠連接，并且確保滑塊與吊臂之間能夠相對移動。

 

    利用傳統理論設計方法得到的吊臂各尺寸，對各節吊臂和滑塊進行參數化建模，見滑塊單元選用SOLD92吊臂選用SHELI93這2種單元都為超單元，適合于曲面結構的分析，能有效地確保計算結果精確性。

 

    4加載分析41材料參數105MPa泊松比0.3材料密42約束在變幅液壓缸和1節臂根部2個鉸點處施加約束。1節臂根部較點約束的自由度：UilYU3ROTROT.變幅液壓缸較點處約束：Ux43加載3類載荷：基本載荷、附加載荷、特殊載荷。

 

    自重載荷Q需考慮動載系數；吊重載荷Pq需考慮動載系數92；鋼絲繩拉力；由于吊重偏載而引起的端部彎矩。

 

    風壓取為150Pa慣性載荷，回轉角加速度a=0.01md/S貨物偏擺載荷Ph=0.05Pq=80.017kN由鋼絲繩和吊重偏心引起的扭轉載荷t=ft施加以上載荷，求解可得到吊臂變形圖，為工況4的變形圖。

 

    工況4吊臂受載后變形計算結果表2各工況計算結果工況實際*大應力值/MPa許用應力值/MR1590.726242499.816243317.選用上限值550MPa主要從整體穩定性和隨由表2可知：起重機吊臂的剛度余量較大，而工況1應力值達到590.72MP，a應對吊臂進行優化。

 

    6優化模型的優化原則就是要使吊臂在*危險的工況性能*優，選擇*危險的工況進行優化。根據上述分析選擇工況4作為危險工況。利用ADL文件直接進行優化。其中3大優化元素：Ta：上限值16下限值8由于各節臂截面尺寸是有關聯的，所以以1節臂的截面參數A、B作為設計變量就可以了。T2、飛6為2節臂和3節臂的厚度（見）。

 

    ①強度約束：吊臂根部的節點應力值均<機載荷考慮151，通過理論計算放大系數均在0.95以上，為安全起見，取550/624=0.88整體穩定性達到要求，并且安全余量足夠大。

 

    剛度約束：使吊臂頭部的剛度約束在許用范圍內，為變幅平面和回轉平面的剛度。由于吊臂是和轉臺相連，無需單獨分析吊臂的動剛度。

 

    幾何條件約束：各節臂之間套接應滿足1節臂截面各方向尺寸要比2節臂大100mm上下限約束：各個尺寸滿足一定的上下限值。

 

    表3優化結果參數優化結果圓整取值B丨1/潘吊臂質量/t減重7結論本文對橢圓形截面吊臂進行了ANSYS建模分析及有限元優化。

 

    構進行精確的計算。

 

    剪叉式液壓升降臺的設計計算曾午平衛良保太原科技大學太原剪叉式液壓升降臺不僅廣泛應用于倉庫、機場、車站、碼頭和工廠等地的貨物起升、裝卸及搬運作業，而且適用于各類工程的高空維護與維修。因此從過去引進技術的合資生產到現在自主品牌的國產化發展迅速。但產品開發中由于設計計算方法不盡完善而導致產品笨重或過于精減引發安全事故。本文針對剪叉式液壓升降臺的構造特征，分析機構受力特點，總結出共性組件模塊，推演出普遍適用的設計計算方法。

 

    1結構特征分析剪叉式液壓升降臺的結構型式多種多樣，從低起升到高起升，組成剪叉臂桿的數目多，液壓缸的布置形式多樣。但不論何種形式，其主要由底座、液壓缸支承的起升工作臂架和承載平臺3部分組成，且為中心對稱結構。分析液壓缸支承的起升工作臂架，總體是依起升高度按基本構件組合而成的多層結構的受力體。如所示的單側剪叉臂架按液壓缸層數可看成1液壓缸推3副剪叉的3層結構。因此通過歸納各種形式的液壓剪叉升降臺，依對稱性按液壓缸推動剪叉數量均可劃分為1液壓缸推動1副剪叉、1液壓缸推動2副剪叉和1液壓缸推動3副剪叉的3種基本構件組。這種模塊化的結構共性特征為程序化規范的設計橢圓形截面是八邊形截面的演化，具有很好的抗屈曲能力，所以吊臂自重得到了大大的減少，吊臂材料得到了更充分的應用。

 

    有限元優化吊臂間的連接關系的處理，對優化結果精度影響很大，本文用自由度耦合是符合實際的。