160t鐵路救援起重機(jī)伸縮式吊臂有限元分析及優(yōu)化

 

    吊臂實際結(jié)構(gòu)。1節(jié)臂鉸點2變幅液壓缸鉸點3.羊角鉤4.1節(jié)臂52節(jié)臂63節(jié)臂2工況分析根據(jù)各節(jié)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(jī)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(chǎn)生附加彎矩：N為軸向力；Py為切向力；T為貨物偏擺產(chǎn)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(jī)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(xù)優(yōu)化，設(shè)計采用參數(shù)化建模。

 

    材料設(shè)置，為使吊臂機(jī)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(chǎn)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(jìn)行合理的力學(xué)分析判斷，吊臂發(fā)生失效都是在各節(jié)吊臂的根部，吊臂頭部有很多加強板加固，設(shè)計剛度大，承受彎矩小，在單獨分析3個節(jié)臂頭部時發(fā)現(xiàn)吊臂頭部應(yīng)力都在100MPa以下，所以可以對吊臂頭部進(jìn)行簡化，不建立各節(jié)吊臂頭部加強板，便于后面的有限元優(yōu)化。對吊臂做如下簡化：各節(jié)臂加強筋板全部忽略，但是要施加其質(zhì)量；各節(jié)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(yīng)的約束；建模時忽略3節(jié)臂頭部，方便優(yōu)化。

 

    建立各節(jié)臂的滑塊，滑塊與吊臂之間通過aVERLP布爾運算和節(jié)點耦合運算保證滑塊與各節(jié)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(tǒng)理論設(shè)計方法得到的吊臂各尺寸，對各節(jié)吊臂和滑塊進(jìn)行參數(shù)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(jié)構(gòu)的分析，能有效地確保計算結(jié)果精確性。

 

    4加載分析41材料參數(shù)105MPa泊松比0.3材料密42約束在變幅液壓缸和1節(jié)臂根部2個鉸點處施加約束。1節(jié)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(shù)；吊重載荷Pq需考慮動載系數(shù)92；鋼絲繩拉力；由于吊重偏載而引起的端部彎矩。

 

    風(fēng)壓取為150Pa慣性載荷，回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)果表2各工況計算結(jié)果工況實際*大應(yīng)力值/MPa許用應(yīng)力值/MR1590.726242499.816243317.選用上限值550MPa主要從整體穩(wěn)定性和隨由表2可知：起重機(jī)吊臂的剛度余量較大，而工況1應(yīng)力值達(dá)到590.72MP，a應(yīng)對吊臂進(jìn)行優(yōu)化。

 

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

 

    ①強度約束：吊臂根部的節(jié)點應(yīng)力值均<機(jī)載荷考慮151，通過理論計算放大系數(shù)均在0.95以上，為安全起見，取550/624=0.88整體穩(wěn)定性達(dá)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(nèi)，為變幅平面和回轉(zhuǎn)平面的剛度。由于吊臂是和轉(zhuǎn)臺相連，無需單獨分析吊臂的動剛度。

 

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

 

    表3優(yōu)化結(jié)果參數(shù)優(yōu)化結(jié)果圓整取值B丨1/潘吊臂質(zhì)量/t減重7結(jié)論本文對橢圓形截面吊臂進(jìn)行了ANSYS建模分析及有限元優(yōu)化。

 

    構(gòu)進(jìn)行精確的計算。

 

    剪叉式液壓升降臺的設(shè)計計算曾午平衛(wèi)良保太原科技大學(xué)太原剪叉式液壓升降臺不僅廣泛應(yīng)用于倉庫、機(jī)場、車站、碼頭和工廠等地的貨物起升、裝卸及搬運作業(yè)，而且適用于各類工程的高空維護(hù)與維修。因此從過去引進(jìn)技術(shù)的合資生產(chǎn)到現(xiàn)在自主品牌的國產(chǎn)化發(fā)展迅速。但產(chǎn)品開發(fā)中由于設(shè)計計算方法不盡完善而導(dǎo)致產(chǎn)品笨重或過于精減引發(fā)安全事故。本文針對剪叉式液壓升降臺的構(gòu)造特征，分析機(jī)構(gòu)受力特點，總結(jié)出共性組件模塊，推演出普遍適用的設(shè)計計算方法。

 

    1結(jié)構(gòu)特征分析剪叉式液壓升降臺的結(jié)構(gòu)型式多種多樣，從低起升到高起升，組成剪叉臂桿的數(shù)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(jié)構(gòu)。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(gòu)件組合而成的多層結(jié)構(gòu)的受力體。如所示的單側(cè)剪叉臂架按液壓缸層數(shù)可看成1液壓缸推3副剪叉的3層結(jié)構(gòu)。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(shù)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(gòu)件組。這種模塊化的結(jié)構(gòu)共性特征為程序化規(guī)范的設(shè)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(yīng)用。

 

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