160t铁路救援起重机伸缩式吊臂有限元分析及优化

 

    吊臂实际结构。1节臂铰点2变幅液压缸铰点3.羊角钩4.1节臂52节臂63节臂2工况分析根据各节吊臂在工作情况下可能的*危险的情况确定计算工况，起重机典型的工况见表1其吊臂受力简图如所示。图中各物理量：M为钢丝绳与吊重产生附加弯矩：N为轴向力；Py为切向力；T为货物偏摆产生的扭矩；F为F与Px合力；F1为钢丝绳受力；Px为切向载荷。

 

    表1起重机典型的工况工况幅度/m吊重力矩/（m）为便于模型各种工况的分析，并且方便后续优化，设计采用参数化建模。

 

    材料设置，为使吊臂机械性能好，自重轻，选取高强度钢21，本文选用的高强度钢，抗拉强度为1100MPa滑块选用铸青铜材料。由于承受压力大，在带载伸缩时会使吊臂滑块处产生很大的摩擦热，如果采用尼龙滑块在误操作情况下容易烧毁。

 

    通过对吊臂进行合理的力学分析判断，吊臂发生失效都是在各节吊臂的根部，吊臂头部有很多加强板加固，设计刚度大，承受弯矩小，在单独分析3个节臂头部时发现吊臂头部应力都在100MPa以下，所以可以对吊臂头部进行简化，不建立各节吊臂头部加强板，便于后面的有限元优化。对吊臂做如下简化：各节臂加强筋板全部忽略，但是要施加其质量；各节臂头部简化处理，没有打箍；变幅液压缸与吊臂连接处简化，通过在变幅液压缸处施加相应的约束；建模时忽略3节臂头部，方便优化。

 

    建立各节臂的滑块，滑块与吊臂之间通过aVERLP布尔运算和节点耦合运算保证滑块与各节吊臂之间可靠连接，并且确保滑块与吊臂之间能够相对移动。

 

    利用传统理论设计方法得到的吊臂各尺寸，对各节吊臂和滑块进行参数化建模，见滑块单元选用SOLD92吊臂选用SHELI93这2种单元都为超单元，适合于曲面结构的分析，能有效地确保计算结果精确性。

 

    4加载分析41材料参数105MPa泊松比0.3材料密42约束在变幅液压缸和1节臂根部2个铰点处施加约束。1节臂根部较点约束的自由度：UilYU3ROTROT.变幅液压缸较点处约束：Ux43加载3类载荷：基本载荷、附加载荷、特殊载荷。

 

    自重载荷Q需考虑动载系数；吊重载荷Pq需考虑动载系数92；钢丝绳拉力；由于吊重偏载而引起的端部弯矩。

 

    风压取为150Pa惯性载荷，回转角加速度a=0.01md/S货物偏摆载荷Ph=0.05Pq=80.017kN由钢丝绳和吊重偏心引起的扭转载荷t=ft施加以上载荷，求解可得到吊臂变形图，为工况4的变形图。

 

    工况4吊臂受载后变形计算结果表2各工况计算结果工况实际*大应力值/MPa许用应力值/MR1590.726242499.816243317.选用上限值550MPa主要从整体稳定性和随由表2可知：起重机吊臂的刚度余量较大，而工况1应力值达到590.72MP，a应对吊臂进行优化。

 

    6优化模型的优化原则就是要使吊臂在*危险的工况性能*优，选择*危险的工况进行优化。根据上述分析选择工况4作为危险工况。利用ADL文件直接进行优化。其中3大优化元素：Ta：上限值16下限值8由于各节臂截面尺寸是有关联的，所以以1节臂的截面参数A、B作为设计变量就可以了。T2、飞6为2节臂和3节臂的厚度（见）。

 

    ①强度约束：吊臂根部的节点应力值均<机载荷考虑151，通过理论计算放大系数均在0.95以上，为安全起见，取550/624=0.88整体稳定性达到要求，并且安全余量足够大。

 

    刚度约束：使吊臂头部的刚度约束在许用范围内，为变幅平面和回转平面的刚度。由于吊臂是和转台相连，无需单独分析吊臂的动刚度。

 

    几何条件约束：各节臂之间套接应满足1节臂截面各方向尺寸要比2节臂大100mm上下限约束：各个尺寸满足一定的上下限值。

 

    表3优化结果参数优化结果圆整取值B丨1/潘吊臂质量/t减重7结论本文对椭圆形截面吊臂进行了ANSYS建模分析及有限元优化。

 

    构进行精确的计算。

 

    剪叉式液压升降台的设计计算曾午平卫良保太原科技大学太原剪叉式液压升降台不仅广泛应用于仓库、机场、车站、码头和工厂等地的货物起升、装卸及搬运作业，而且适用于各类工程的高空维护与维修。因此从过去引进技术的合资生产到现在自主品牌的国产化发展迅速。但产品开发中由于设计计算方法不尽完善而导致产品笨重或过于精减引发安全事故。本文针对剪叉式液压升降台的构造特征，分析机构受力特点，总结出共性组件模块，推演出普遍适用的设计计算方法。

 

    1结构特征分析剪叉式液压升降台的结构型式多种多样，从低起升到高起升，组成剪叉臂杆的数目多，液压缸的布置形式多样。但不论何种形式，其主要由底座、液压缸支承的起升工作臂架和承载平台3部分组成，且为中心对称结构。分析液压缸支承的起升工作臂架，总体是依起升高度按基本构件组合而成的多层结构的受力体。如所示的单侧剪叉臂架按液压缸层数可看成1液压缸推3副剪叉的3层结构。因此通过归纳各种形式的液压剪叉升降台，依对称性按液压缸推动剪叉数量均可划分为1液压缸推动1副剪叉、1液压缸推动2副剪叉和1液压缸推动3副剪叉的3种基本构件组。这种模块化的结构共性特征为程序化规范的设计椭圆形截面是八边形截面的演化，具有很好的抗屈曲能力，所以吊臂自重得到了大大的减少，吊臂材料得到了更充分的应用。

 

    有限元优化吊臂间的连接关系的处理，对优化结果精度影响很大，本文用自由度耦合是符合实际的。