吊臂是汽车起重机最重要的工作部件吊臂的设计直接影响着起重机的起重性能吊臂结构质量一般占整机质量的1315而且随着大吨位汽车起重机的开发这一比重会更高如何在不影响起重性能的前提下减轻吊臂质量改善整机性能是设计吊臂要面对的关键问题目前行业内所采取方法主要有两种应用高强度材料改进吊臂结构采用多边形甚至大圆弧椭圆形吊臂来替代四边形吊臂
随着大吨位起重机产品的不断开发高强度钢板被大量应用吊臂强度也大幅上升但若发挥全部材料的强度吊臂结构变形也会加大变形增大的结果将使吊臂轴向力引起的弯矩成为一个无法忽略的因素所以在非线性条件下就需要应用新的算法在考虑吊臂的变形情况下对吊臂进行重新设计计算
吊臂设计非线性计算
1几何建模
为了实现吊臂计算程序化通用化需要将吊臂几何形状物理状态等参数化这主要包括以下3部分吊臂截面几何形状通过角度边长等尺寸进行确定确定各节臂质量长度以及重心位置确定性能参数包括单绳起升速度起升滑轮组倍率等
2非线性迭代计算流程
以柳工QY70型汽车起重机吊臂为例进行计算该起重机主起重臂由基本臂和4个伸缩臂组成伸缩方式为顺序加同步伸缩方式
先对吊臂进行受力分析水泥生产工艺流程烘干设备在变幅平面内吊臂所受载荷有吊重臂架自重起升机构钢丝绳拉力计算吊臂上各危险截面弯矩时要加上各力在轴向上的分力与轴向力臂的乘积
在回转平面内进行受力分析吊臂所受载荷有吊重偏摆载荷风载臂架自重起升机构同样计算吊臂各危险截面弯矩时也需要考虑上述载荷的轴向分力引起的弯矩
迭代过程假设吊臂仰角不变通过臂端挠度的变化来进行反馈
通过赋初值先计算各危险截面处弯矩和横向力然后通过材料力学求挠度和转角公式求各节臂的挠度和转角通过累加由此可求出吊臂总的挠度将此挠度和初始挠度比较如果满足设定条件则输出各截面的弯矩横向力和轴向力如果不满足则将此挠度赋给上一次的挠度并返回重新计算弯矩横向力并求出新的总挠度以此循环直至前后两次循环得出的挠度满足我们设定的条件则认为吊臂已经平衡所得出的值为在吊臂变形平衡后的值回转平面计算思路与变幅平面相同
在循环过程中是以总挠度的变化作为判定条件的而总挠度是通过求各节臂的挠度和转角来求得的挠度和转角的计算公式通过实际模型用材料力学公式推导求得
3进行强度局部稳定性校核
用非线性迭代方法求得了各危险截面的弯矩横向力和轴向力由此则可以求出吊臂截面上各点的应力值严格按照起重机设计规范GBT3811的有关内容进行吊臂局部稳定性和强度的计算并用各自的许用应力进行校核
有限元分析计算
1有限元模型建立
有限元模型的建立既要如实反映结构特征又要尽量降低模型的复杂程度本着这一原则我们对吊臂进行了简化因为吊臂主要受压弯作用我们用梁单元beam181建模按实际各节臂的臂长搭接长度滑块位置画线然后将先前建立各节臂二维截面属性赋给各节臂吊臂头部和滑轮都进行了简化处理对模型进行定义单元类型材料属性等然后进行网格划分
2加载和添加约束
按实际受力进行分解后加载到吊臂包括吊重轴向和横向分解力钢丝绳拉力和重力等臂与臂之间耦合了xyz三个方向的自由度并对吊臂后铰点处进行了约束除了y方向的自由度不约束外其它5个自由度都进行了约束另外对变幅油缸下铰点和钢丝绳也进行了约束加载约束后用通用求解器进行求解得出计算结果
3计算结果与有限元计算结果比较
选取两种工况进行比较一种是全伸臂即臂长为442m仰角79吊重为10t起升滑轮组倍率为3的情况另一种是第一节油缸全伸二节油缸伸13即臂长为275m仰角79吊重为20t起升滑轮组倍率为4的情况比较结果见表1表2所示通过比较可以发现非线性计算方法和有限元模拟两者得出的结果相近说明本计算结果准确
实验验证
在现场进行实验验证时需要有选择的采用在吊臂上贴电阻应变片来测量吊臂的应变应变片布置跟程序计算所选危险截面上的各点一致实测结果与计算结果比较见表3最大误差不超过20考虑到实际测试过程中风载砝码重量臂架上翘量应变片位置的完全准确性等等各种误差因素的累加计算结果与实测结果可接受表明程序计算结果真实可靠对设计研发提供很大帮助
本文使用了以非线性迭代算法开发的汽车起重机吊臂设计软件对柳工QY70型起重机产品的吊臂进行了计算而且在选取相同工况的情况下进行了有限元模拟最终比较结果得出两者误差在5左右通过现场试验验证结果也相吻合这表明本计算方法是切实可行的
泊祎回收网遵循行业规范，任何转载的稿件都会明确标注作者和来源;
发布者：泊祎回收网，转载请注明出处：https://www.huishou5.net/zaisheng/96674.html
微信扫一扫 
