箱型伸縮臂汽車起重機(jī)許用載荷分析.pdf

1、汽車起重機(jī)具有較小的結(jié)構(gòu)尺寸，但是它的伸縮臂具有較大的起吊能力。在起吊的載荷小于許用載荷的前提下，它能夠?qū)崿F(xiàn)快速機(jī)動(dòng)，而且可以通過伸展吊臂獲得較長的作業(yè)距離或者作業(yè)高度，因此在路橋、化工企業(yè)、風(fēng)電和建筑等工程領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛。起重機(jī)的伸縮吊臂是以受彎為主的受到雙向彎壓組合作用的結(jié)構(gòu)，有時(shí)候還要受到扭曲，因此其受力情況比較復(fù)雜。各節(jié)伸縮臂之間的搭接部分是嵌套伸縮臂的接觸位置，其接觸應(yīng)力的分布狀態(tài)非常復(fù)雜。在接觸區(qū)域內(nèi)塑性屈服變形是首要的

2、考慮因素。
　　箱型伸縮臂結(jié)構(gòu)在很多的工程機(jī)械中有廣泛的應(yīng)用，快速準(zhǔn)確的預(yù)先估計(jì)其許用載荷是設(shè)計(jì)過程中不可或缺的前提和基礎(chǔ)。如果預(yù)先能使用某種方法對(duì)伸縮臂的臨界載荷進(jìn)行比較精確的估計(jì)，然后再使用ANSYS進(jìn)行更精細(xì)的模擬，這能夠節(jié)省大量的試算時(shí)間?；诖耍菊撐膶慕馕龅乃悸烦霭l(fā)，通過建立接觸模型，對(duì)起重機(jī)伸縮臂的搭接段內(nèi)滑塊與局部蓋板之間的接觸進(jìn)行分析，確定接觸區(qū)域的局部蓋板面的撓曲情況，由此進(jìn)一步確定局部蓋板面內(nèi)的應(yīng)力分布規(guī)律

3、，最后對(duì)局部蓋板進(jìn)行了強(qiáng)度分析和穩(wěn)定性分析，確定了起重機(jī)的許用載荷。此外，還使用ANSYS有限元軟件對(duì)所建立的局部蓋板模型進(jìn)行了接觸模擬，并將由解析法所求得的局部蓋板面內(nèi)的撓度值和Von Mises應(yīng)力與ANSYS模擬得到的結(jié)果進(jìn)行比較。本論文的具體研究內(nèi)容如下:
　　首先，在考慮伸縮臂自重時(shí)，推導(dǎo)了具有多節(jié)伸縮臂的起重機(jī)在各節(jié)伸縮臂橫截面上的剪力和彎矩的遞推公式。對(duì)于伸縮臂在做外伸運(yùn)動(dòng)或者回縮運(yùn)動(dòng)過程中，通過一個(gè)數(shù)值算例分析了滑

4、塊與局部蓋板之間的接觸力變化情況，并且對(duì)受到彎扭組合作用的伸縮臂橫截面的強(qiáng)度做了理論分析。
　　其次，本論文對(duì)汽車起重機(jī)的伸縮臂之間的接觸問題進(jìn)行了分析。通過引入薄板的相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)滑塊和伸縮臂局部蓋板之間的接觸區(qū)域的蓋板建立了四邊固支的局部蓋板模型，使用對(duì)能量的虛變分原理確定了與滑塊接觸的蓋板區(qū)域的撓曲面函數(shù)。進(jìn)而由局部蓋板的撓曲面函數(shù)導(dǎo)出了局部蓋板內(nèi)的應(yīng)變、應(yīng)力和內(nèi)力。通過一個(gè)給定了各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)例對(duì)伸縮臂蓋板的局部接觸區(qū)域進(jìn)

5、行了說明。
　　再次，根據(jù)滑塊與局部蓋板接觸區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力函數(shù)推導(dǎo)了局部蓋板內(nèi)各坐標(biāo)軸上Von Mises應(yīng)力分布函數(shù)。對(duì)于所求得的局部蓋板內(nèi)的Von Mises應(yīng)力函數(shù)，由數(shù)學(xué)方法確定了Von Mises應(yīng)力函數(shù)沿坐標(biāo)軸的分布規(guī)律，進(jìn)而找出了基本臂的局部上側(cè)蓋板和第二節(jié)臂的局部下側(cè)蓋板內(nèi)的最大Von Mises應(yīng)力位置點(diǎn)，它們即為該蓋板內(nèi)最容易出現(xiàn)塑性屈服的危險(xiǎn)位置點(diǎn)。并將計(jì)算所得的結(jié)果與ANSYS模擬的結(jié)果做了比較分析。

6、　　然后，類似于四邊固支的局部蓋板模型，建立了一對(duì)邊簡支、另一對(duì)邊固支的局部蓋板模型。類似于四邊固支的局部蓋板模型的處理方法，求得了該局部蓋板模型的撓曲面函數(shù)，并且由此確定了局部蓋板面內(nèi)沿各坐標(biāo)軸的Von Mises應(yīng)力分布規(guī)律和局部蓋板內(nèi)最大的Von Mises應(yīng)力位置點(diǎn)。進(jìn)一步將由計(jì)算求得的局部蓋板的撓度和Mises應(yīng)力分布與ANSYS有限元模擬的結(jié)果進(jìn)行比較，分析了二者之差。結(jié)果表明第二種改進(jìn)模型優(yōu)于第一種模型。
　　最后，

7、分別根據(jù)基本臂局部上側(cè)蓋板內(nèi)的危險(xiǎn)位置點(diǎn)和第二節(jié)臂局部下側(cè)蓋板內(nèi)的危險(xiǎn)位置點(diǎn)的最大Von Mises應(yīng)力與外載荷之間的函數(shù)關(guān)系，由第四強(qiáng)度理論可以各自確定一個(gè)起重機(jī)的最大起吊載荷，在這兩個(gè)起吊載荷中的較小者即為該汽車起重機(jī)的許用載荷值。進(jìn)一步對(duì)許用載荷作用下的伸縮臂局部下側(cè)蓋板的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并且通過數(shù)值算例驗(yàn)證了在許用載荷作用下基本臂的下側(cè)蓋板滿足穩(wěn)定性的要求。由第二種模型確定的伸縮臂的許用載荷比第一種模型確定的許用載荷略微大一些