【正文】 成為箱形截面是合理的。DEMAG 和 TADANO 部分產(chǎn)品采用第一種伸縮機(jī)構(gòu)，這種伸縮機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是最末一節(jié)伸縮臂采用鋼絲繩伸縮，其它伸縮臂采用多級(jí)缸或多個(gè)單級(jí)缸或多級(jí)缸和單級(jí)缸套用等方式直接用液壓缸伸縮。 單缸插銷系統(tǒng)單缸插銷式伸縮臂技術(shù)是典型的機(jī)、電、為例，作為伸縮臂伸縮的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由（見圖）1．伸縮缸、2．拔銷機(jī)構(gòu)、3．缸銷等組成，為保證伸縮臂伸縮過程的安全性、可靠性，該機(jī)構(gòu)采用內(nèi)置式互鎖系統(tǒng)即在伸縮油缸上裝的彈簧驅(qū)動(dòng)缸銷銷定伸縮臂后，才機(jī)械釋放該節(jié)臂和其他節(jié)臂的連接。由于此技術(shù)對(duì)于電液的要求較高，尤其是在自動(dòng)伸縮的 PLC 控制和伸縮系統(tǒng)的液壓回路的設(shè)計(jì)上，國(guó)內(nèi)企業(yè)的技術(shù)還不是太成熟，可靠性還不是太高，還有較長(zhǎng)的路去走。2 QAY50 汽車起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)和工作級(jí)別 QAY50 起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)表征起重機(jī)的作業(yè)能力，汽車式起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)包括起重量、起升高度、幅度、起重力矩等。起重機(jī)吊重行使時(shí)，起重臂必須前置。汽車式起重機(jī)起升高度的選擇按作業(yè)要求而定。汽車式起重機(jī)的幅度 R 如圖 所示。m。 T—起重機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間，設(shè)定為 T=300 秒。采用液壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，執(zhí)行元件選用液壓油缸，利用缸體和活塞桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)，推動(dòng)下節(jié)臂的伸縮，在設(shè)計(jì)三節(jié)臂伸縮機(jī)構(gòu)時(shí)，為了減輕重量，還可以利用吊臂之間的伸縮比例，采用鋼絲繩和滑輪組實(shí)現(xiàn)第三節(jié)臂的伸縮，以實(shí)現(xiàn)第三節(jié)臂的伸縮，這就形成了液壓機(jī)械驅(qū)動(dòng)。在現(xiàn)實(shí)中，三節(jié)伸縮臂或三節(jié)以上的伸縮機(jī)構(gòu)，往往式上述幾種伸縮機(jī)構(gòu)的中和，而很少單獨(dú)采用某一種伸縮機(jī)構(gòu)。以下是目前伸縮式吊臂常見的截面形式(如圖 所示): .歸納起來，伸縮臂可以制成幾種典型箱形截面:矩形、梯形、倒置梯形、五邊形、六邊形、八邊形、大圓角矩形以及橢圓形截面等。前后滑塊均支承在四角處，伸縮臂各板不產(chǎn)生局部彎曲，且能較好地傳遞扭矩與橫向力，因此這兩種截面形式的伸縮臂能較好的發(fā)揮材料機(jī)械性能，減輕結(jié)構(gòu)自重。目前，橢圓形起重臂的技術(shù)代表最高水平，其優(yōu)勢(shì)很明顯，由于不需采用加筋，因而每節(jié)臂截面的變化很小，有利于減輕起重臂的重量，提高起重機(jī)的起重能力。但在材料確定的條件下，只能改進(jìn)吊臂的形狀，也就是吊臂截面的形狀，來改進(jìn)吊臂的性能。其高寬比在 ~范圍之內(nèi)。確定 U 型為較合理的形狀。QAY50 全地面起重機(jī)的舉升臂主體材料為合金結(jié)構(gòu)鋼適當(dāng)?shù)倪x取 16Mn 進(jìn)行加固。設(shè) 是鉸點(diǎn) O 至基本臂截面中0e心線距離，設(shè)下標(biāo) i 表示不同位置的 值的序號(hào)（i=1，2，…，n）當(dāng)?shù)?i 個(gè) 值為0e 0e時(shí)，鉸點(diǎn) O 的位置為 。由于 此項(xiàng)數(shù)值較小，所以在計(jì)算01()cose??時(shí)可以不計(jì)。 39。 吊臂各節(jié)尺寸的確定 主吊臂的最長(zhǎng)長(zhǎng)度 是由基本臂結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度和外伸長(zhǎng)度 所組成。則外伸長(zhǎng)度 ， ﹑ ﹑ 為二，三，四節(jié)臂縮回后外漏部分的39。39。il出后仍在前節(jié)臂中的那部分搭接長(zhǎng)度 ，第 i 節(jié)臂插在前節(jié)臂內(nèi)的長(zhǎng)度為（ + ） ，假39。39。1?39。從而可以得出鉸點(diǎn) 已經(jīng)確定。139。112121已知， ， =（～） ，并帶入上述 2 式并消去 、 ，39。 臂架伸縮液壓缸的計(jì)算及選擇 缸筒內(nèi)徑計(jì)算主臂液壓缸定為 1 節(jié)，尺寸形狀可按如下進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，當(dāng)主臂仰角為 56 時(shí)，工?作幅度為 3 米時(shí)，主臂吊最大載荷 Q=50T,此時(shí)伸縮缸承受最大壓力T （）?? 伸縮缸在工作時(shí)能夠達(dá)到的工作壓力按 30MPa 計(jì)算，根據(jù)公式如下 = mm ()4DP?301.?式中:D—液壓缸的內(nèi)徑 F—最大載荷 P—工作壓力可得出，D=159mm,參見表 42，取 D=160mm。計(jì)算時(shí)吧液壓缸整體看成一個(gè)和活塞桿截面相等的桿件，采用歐拉公式計(jì)算出臨界壓縮載荷 ，再帶入壓桿穩(wěn)定公式進(jìn)行計(jì)算。tF參見表 432，重新選擇活塞桿直徑 d=140mm。將上述數(shù)值代入式（）可得， =25mm。由垂直力 Q 和起升繩拉力 T 對(duì)吊臂軸線偏心引起的力矩為： ??cossin)(201TegGMLY???式中：e 1臂端定滑輪與吊臂軸線的偏心距 e2臂端導(dǎo)向滑輪與吊臂軸線的偏心距β伸縮臂在變幅平面傾角= = N?MLYM?510510?510由起升載荷以及吊臂重量引起的垂直載荷 Q 為： NgG5012.)(????? 吊臂在旋轉(zhuǎn)平面承受的載荷伸縮臂在旋轉(zhuǎn)平面視為根部固定、端部自由的懸臂梁。 5176。 四節(jié)臂 45176。狀態(tài)變量制約設(shè)計(jì)變量的取值，是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，而對(duì)狀態(tài)變量的約束則構(gòu)成了約束方程。解決這樣一個(gè)變截面板殼模型受力問題，比較行之有效的方法是有限元法。Shell63 是一種 4 節(jié)點(diǎn)線彈性單元，它遵循基爾霍夫假定，即變形前垂直中面的法線變形后仍垂直于中面，而且這種單元可以同時(shí)考慮彎曲變形及中面內(nèi)的膜力，比較符合吊臂的實(shí)際受載情況。首先考慮用 ANSYS 中的接觸單元來分析，但由于該算例中，單元數(shù)頗多，模型規(guī)模大，且有 12 處接觸（四節(jié)臂上下有 12 個(gè)滑塊） ，而接觸問題屬于非線性，求解過程必須反復(fù)迭代計(jì)算，因而計(jì)算量實(shí)在太大，另外，其準(zhǔn)確性也較差（實(shí)際結(jié)構(gòu)中的接觸特性尚不清楚） ，基于此，我們運(yùn)用另外一種方法——節(jié)點(diǎn)自由度耦合技術(shù)來模擬滑塊與各節(jié)臂的接觸。狀態(tài)變量通常是控制設(shè)計(jì)的因變量數(shù)值,是設(shè)計(jì)變量的函數(shù),在ANSYS 中,這種函數(shù)關(guān)系不是顯式的,對(duì)狀態(tài)變量的約束構(gòu)成了約束方程。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，在查閱資料之后，首先確定起重機(jī)伸縮臂的傳動(dòng)方案和臂架的截面，然后對(duì)起重機(jī)主臂所需要設(shè)計(jì)的部分進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得出了三鉸點(diǎn)的位置數(shù)值，各節(jié)臂的長(zhǎng)度值，液壓缸的主要尺寸；并參照 QAY50 汽車起重機(jī)的資料，選取截面形狀及尺寸。譚老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)草案的確。[ f ] ——變幅平面內(nèi)允許最大位移。釋放繞銷軸中心回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度（ROTX） 。整個(gè)網(wǎng)格劃分，控制單元形狀盡可能規(guī)則，避免形狀畸形?；诨颈鄣奈膊考八墓?jié)臂的頭部結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜且剛性很大，故將其簡(jiǎn)化成實(shí)體，利用 ANSYS 強(qiáng)大的造型功能，如：拉伸、移動(dòng)、拷貝、布爾加減運(yùn)算、粘接等，可方便地建模。基本臂根部與轉(zhuǎn)臺(tái)通過水平銷軸鉸接，且其中部還與變幅液壓缸鉸接，可實(shí)現(xiàn)吊臂在變幅平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。由于吊臂的長(zhǎng)度是由起重機(jī)作業(yè)范圍確定的，不能改變，優(yōu)化設(shè)計(jì)變量應(yīng)是截面參數(shù)，即截面形狀和壁厚參數(shù)。 二節(jié)臂 45176。Yf（1）變幅平面 （）)(10][)( ki ciZwz????????F吊臂承受的軸向力吊臂在變幅平面的臨界力EY吊臂在軸向壓力 F=0 的情況下，僅由變幅平面橫向載荷引起的臂端撓度wgf類型擺角 輕型 中型 重型 特重3176。 伸縮臂受力計(jì)算 吊臂在變幅平面承受的載荷起升繩拉力 T： gGQm)(01????式中： 額定起重質(zhì)量0Q26 / 43 吊鉤質(zhì)量0G 吊臂動(dòng)力系數(shù)1?m吊鉤滑輪組的倍率滑輪組效率?由設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得， =10t、 =1050kg、 =、m= =??計(jì)算得到： T=138370N計(jì)算時(shí)將起升繩拉力 T 分解為平行吊臂軸線方向的分力 和垂直吊臂軸線方?cos1T?向的分力 ；將垂直載荷 Q 分解為垂直吊臂軸線方向的分力 β 和平?sin2? cosQ行吊臂軸線方向的分力 。 缸筒材料的許用應(yīng)力， , 為材料的抗拉強(qiáng)度，材料為 45????bN??號(hào)鋼取 =600MPa，N 為安全系數(shù)，一般取 N=5。? 壓桿穩(wěn)定公式為： （）tn?式中： 安全系數(shù)，一般取 =。b將上述值代入， 式（）成立，所以強(qiáng)度滿足要求。0l將上述值帶入式()得出： =0 時(shí)， = 或 ，?2 =50 時(shí)， = 或 ，O =40 時(shí)， = 或 ，2 在 =40 時(shí)，比較接近中點(diǎn)值，所以鉸點(diǎn)位置確定為： =40 時(shí)， = 或? ?2O，在 = 時(shí)，根部鉸點(diǎn) 的位置落在前方軌道上， = 時(shí)，根部鉸點(diǎn)2O1 2落在后方軌道上。 39。在 中1O212O?39。采用雙作用液壓缸，其鉸點(diǎn)離回轉(zhuǎn)中心的距離 f 取決于雙缸間的距離 B,可通過下式算得： （）22DB????????由于回轉(zhuǎn)支撐裝置 D 和吊臂寬度 B 都與起重能力有關(guān)，一般取 D=(～)B。1il?i已知， = = ， = = ，從上式可知，后一節(jié)的搭接長(zhǎng)度，臂前一節(jié)的搭接長(zhǎng)39。il20 / 43 各節(jié)伸縮臂插入前一節(jié)都留有一段距離 c，這是結(jié)構(gòu)上的需要，在此距離內(nèi)要設(shè)置伸縮油缸的鉸支座和其它的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其大小視情況而定，在此次設(shè)計(jì)中選擇 c=。39。l即 =+（41） 39。339。maxl （）??101max()()sin() ?????????式中：H1—最長(zhǎng)主臂作業(yè)長(zhǎng)度， =38m。 39。b—吊頭距滑輪組的最短距離，b=。主臂尺寸的的確定包含以下的的內(nèi)容：一、 吊臂根部鉸點(diǎn)位置的確定，二、吊臂各節(jié)尺寸的確定，三、變幅液壓缸鉸點(diǎn)的確定，四、臂架的受力計(jì)算和分析，五、伸縮臂結(jié)構(gòu)的校核。吊臂不同部位可以采用不同強(qiáng)度的鋼材，以充分發(fā)揮鋼材作用，如上蓋板才高強(qiáng)度，下蓋板采用普通鋼。U 型的截面最危險(xiǎn)處為四角焊縫處，該處應(yīng)力最大，也是最易產(chǎn)生應(yīng)力集中的地方。作為吊臂來說，總希望在不發(fā)生局部失穩(wěn)的前提下，壁厚設(shè)計(jì)得薄一點(diǎn)，截面設(shè)計(jì)大一些。因此我從這個(gè)角度來確定吊臂截面，下面是我確定截面為 U 型截面的過程。KATO 采用四邊形截面，也采用加勁筋解決腹板的抗屈曲能力。梯形和倒置梯形截面的伸縮臂通常用于大噸位的輪式起重機(jī)?；?本 臂 二 節(jié) 臂 三 節(jié) 臂 四 節(jié) 臂液 壓 缸14 / 43 伸縮臂架截面的確定 伸縮臂架的截面形式分類伸縮臂是受彎為主的雙向壓彎構(gòu)件，除受有整體強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的約束限制外，主要受局部穩(wěn)定性約束。13 / 43（3）獨(dú)立伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各節(jié)臂均能獨(dú)立進(jìn)行伸縮。表 起重機(jī)工作級(jí)別的劃分利用等級(jí)載荷狀態(tài) 名義載荷譜系數(shù) QK0U1234U5678U9— AAA— 12345678—— 2A345A678A3 伸縮臂傳動(dòng)方案和臂架截面的確定 伸縮臂傳動(dòng)方案的確定主臂的伸縮機(jī)構(gòu)很多，可以從兩種角度進(jìn)行分類，即按驅(qū)動(dòng)形式的不同，以及各節(jié)臂間的伸縮次序關(guān)系不同進(jìn)行分類。 B—起重機(jī)一年中的工作天數(shù)，取 B=300 天。同時(shí)參見表 1 可知，基本臂起重力矩為 150 t在臂架變幅平面內(nèi)起重機(jī)機(jī)體的最外邊至取物中心鉛垂線之間的距離稱為有效幅度，有效幅度可為正值或副值。此時(shí)總起升高度 H 為軌面以上的起升高度h2 和 軌面以下的下放深度 h3 之和，H=h2+h3。8 / 43汽車式起重機(jī)的額定起重量隨著吊臂的方位（側(cè)方、后方、前方三個(gè)基本作業(yè)方位）不同而有所變化。所以要在保證臂架安全工作的條件下盡量減輕臂架的重量，這對(duì)提高整機(jī)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。 此技術(shù)采用單缸、互鎖的缸銷和臂銷、精確測(cè)長(zhǎng)電子技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是重量最輕，對(duì)整機(jī)穩(wěn)定性的影響最小，但技術(shù)難度大、成本較高、臂長(zhǎng)種類少、7 / 43伸縮時(shí)間長(zhǎng)、臂長(zhǎng)變化時(shí)麻煩。其局限性在于最末一、二節(jié)伸縮臂采用鋼絲繩伸縮，其它伸縮臂用油缸伸縮，因而最末伸縮臂的截面變化較大，大大降低了起重機(jī)在大幅度下的起重性能；同時(shí)，對(duì)于大噸位的起重機(jī)，對(duì)鋼絲繩的要求也非常高，符合要求鋼絲繩非常難加工。現(xiàn)在在 100 噸以下的起重機(jī)上應(yīng)用的比較廣泛，其原理如圖，就是簡(jiǎn)單的滑輪原理。目前國(guó)內(nèi)僅徐工集團(tuán)徐州重型機(jī)械廠一家推出QAY1QAY160、QAY200、QAY2QAY300 五種噸位單缸插銷式伸縮臂技術(shù)的全地面起重機(jī)，并采用進(jìn)口高強(qiáng)度鋼板，雙缸加雙繩排的伸縮機(jī)構(gòu)，在吊臂伸縮時(shí)，臂節(jié)之間有寬大的滑塊，保證了主臂的同心度，使重量和受力較好的傳遞，增大起重能力。該伸縮機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是最末一、二節(jié)伸縮臂采用鋼絲繩伸縮，其它伸縮臂用油缸伸縮，因而最末節(jié)伸縮臂的截面變化較大，大大降低了起重機(jī)在大幅度下的起重性能。1987 年，德國(guó)克虜伯公司收購了格的瓦爾德公司，稱為當(dāng)時(shí)德國(guó)最大的起重機(jī)公司，但該公司 1995 年又被美國(guó)格魯夫公司收購。生產(chǎn)的汽車起重機(jī)品種有數(shù)百種，90 年代以來，生產(chǎn)，銷售各種噸位的起重機(jī)萬余臺(tái)。中國(guó)汽車式起重機(jī)已經(jīng)大量使用 PLC 可編程集成控制技術(shù)，帶有總線接口的液壓閥塊，液壓馬達(dá)，油泵等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，液壓和電器已實(shí)現(xiàn)了緊密的結(jié)合。此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是臂長(zhǎng)變化容易、工作臂長(zhǎng)種類多、可以帶載伸縮、實(shí)用性很強(qiáng)，缺點(diǎn)是自重重、對(duì)整機(jī)穩(wěn)定性的影響較大。 Material Engineering, China Three Ges University)Abstract：Boom is the main host of crane ponents. Directly through the jib crane hanging load, to achieve great height and range operations. Arm strength determines the maximum time from the weight lifting machine performance, its weight di