【正文】 步伸縮的動作。在額定起升高度以內(nèi)可選用任一伸出長度，用完后將各節(jié)吊臂收藏在第一節(jié)吊臂內(nèi)，便于吊車的移動。（3）傳動裝置指動力由發(fā)動機到起重裝置和回轉(zhuǎn)裝置的傳動機構(gòu)。與塔式起重機相比，其起升高度小，幅度小且幅度利用率低[5]。因此對起重機吊臂進行有限元分析是非常有必要的。 隨著計算機輔助設(shè)計和制造技術(shù)的日趨成熟，設(shè)計人員迫切需要一種對所做的設(shè)計進行精確評價和分析的工具，而不再僅僅依靠以往積累的經(jīng)驗和知識去估計。我國國內(nèi)汽車起重機的發(fā)展趨勢應(yīng)該有以下幾點：（1）擴大產(chǎn)品的品種。通過先導比例手柄實現(xiàn)比例輸送多種負荷的無級調(diào)速，有效防止起重作業(yè)時的二次下滑現(xiàn)象，極大的提高了起重作業(yè)的安全性、可靠性和作業(yè)效率[1,2]。國外的制造企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)達到規(guī)?；纳a(chǎn)，技術(shù)含量比較高，而且液壓技術(shù)和電子技術(shù)在汽車起重機的設(shè)計中也已廣泛的應(yīng)用，很多企業(yè)的品牌在用戶的心中已經(jīng)打上了堅實的烙印，這也使的國外起重機的繼續(xù)發(fā)展占有了更大的優(yōu)勢。汽車起重機的主要工作部分是吊臂，通過調(diào)研了解吊臂伸縮與起升的基本原理和確定吊臂所受的載荷狀態(tài)，利用起重機設(shè)計手冊完成對一個額定起重量為8噸的3節(jié)伸縮式吊臂的設(shè)計，該設(shè)計內(nèi)容主要包括：各節(jié)吊臂尺寸的確立，伸縮液壓缸、鋼絲繩和滑輪及滑輪組的選擇。生產(chǎn)的汽車起重機品種有數(shù)百種，90年代以來，生產(chǎn)，銷售各種噸位的起重機萬余臺。中國汽車式起重機已經(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，油泵等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，液壓和電器已實現(xiàn)了緊密的結(jié)合。國外起重機的未來發(fā)展之路是走向?qū)I(yè)化，標準化，和系列化，只有這樣才能最快的制造和裝配出品種多樣化的產(chǎn)品。 項目研究的背景和意義目前汽車起重機主要存在一下幾個問題：（1）汽車起重機設(shè)計主要以經(jīng)驗設(shè)計為主，缺乏科學的數(shù)值分析。一般認為，大噸位型起重機能保證好的起重性能，但同時給吊臂的強度、剛度以及整車的穩(wěn)定性帶來了嚴峻的強度問題。 本章小結(jié)本章通過介紹國內(nèi)外汽車起重機發(fā)展概況和趨勢，了解該項目研究的背景，并指出當前汽車起重機存在的主要問題，通過介紹有限元分析的意義，最終得出用ANSYS分析軟件對吊臂進行有限元分析的必要性。 汽車起重機的結(jié)構(gòu)組成起重汽車完成起重工作時，其作業(yè)循環(huán)通常是起吊—回轉(zhuǎn)—卸貨—返回，有時還需作間歇短距離的行駛。吊臂的伸縮是利用伸縮液壓缸和鋼絲繩聯(lián)合驅(qū)動的?？煞譃橐簤骸⒂蛪簷C械和人力驅(qū)動三種。圖22 三節(jié)伸縮臂原理圖 本章小結(jié)本章內(nèi)容主要講述了汽車起重機的分類方法，包括按起重量大小、臂架形式、底盤的特點和傳動裝置的形式；其結(jié)構(gòu)組成為起重裝置、回轉(zhuǎn)裝置、傳動裝置和行走裝置；詳細闡述了起重機吊臂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和吊臂的伸縮原理，為汽車起重機吊臂的設(shè)計打下基礎(chǔ)。（c）最小工作幅度：起重臂處于允許的最大仰角時的工作幅度。（d）基本臂起升高度：基本臂處于允許的最大仰角時，起重鉤升到最高位置，從鉤口中心到支承地面的距離。（d）起重鉤的額定起升(下降)速度：額定鋼絲繩單繩速度除以起升滑輪組倍率得到的值。B—起重機一年中的工作天數(shù)，取B=300天。表34 起重機工作級別的劃分載荷狀態(tài)名義載荷譜系數(shù)利用等級—輕—中—重—特重 汽車起重機主臂尺寸的確定經(jīng)調(diào)研，得知起重機吊臂的材料大部分采用高強度合金鋼，主要為16Mn。主吊臂的最長長度是由基本臂結(jié)構(gòu)長度和外伸長度所組成。在此，暫取搭接長度均為1000mm。整個箱形吊臂也可做成頭稍細，根稍粗的棱錐體狀，但大多采用貼加強板的方法來改變截面的面積特性，在局部高應(yīng)力處采用局部加強板局部加強。D—缸筒內(nèi)徑D=63mm。選擇系數(shù)C的確定與機構(gòu)的工作級別由關(guān)，可通過下式確定。將式（34）和式（35）所得數(shù)值代入式（33）可得出鋼絲繩直徑d=，取整得d=16mm。大型滑輪（直徑D800mm）由輪緣及帶筋板的輪輻和輪轂焊接而成，單件生產(chǎn)時也易選擇焊接滑輪。 d—鋼絲繩直徑。（3）滑輪繩槽尺寸由于選用滑輪為鑄造滑輪，參考《起重機設(shè)計手冊》可選用，表面粗糙度為2級的繩槽斷面。圖33 滑輪組配置簡圖 本章小結(jié)本章主要介紹了汽車起重機的主要技術(shù)參數(shù)和工作級別的確定，通過調(diào)研資料和《起重機設(shè)計手冊》來確定起重機吊臂的各節(jié)參數(shù)；又通過起重機在最大起重量下的載荷狀態(tài)，來選定液壓缸、鋼絲繩、和滑輪及滑輪組。起升高度小于時起升鋼絲繩的質(zhì)量可以忽略不計。Ⅱ．風力系數(shù)和風力高度變化系數(shù)的確定風力系數(shù)跟迎風面形狀和充實率有關(guān)，結(jié)合《起重機設(shè)計手冊》，本項目取。（3）吊臂在極端工況下所受載荷詳細情況和其載荷狀態(tài)圖（a）吊臂在變幅平面載荷狀態(tài) 經(jīng)查閱《起重機設(shè)計手冊》，吊臂在變幅平面所受的力如圖41所示：垂直載荷；吊臂導向定滑輪對吊臂施加的力：由于吊臂自重引起的垂直載荷會在后面各節(jié)吊臂詳細分析時分開考慮，先暫不作分析。聯(lián)立，得：。有限元的基本思想是把連續(xù)的幾何結(jié)構(gòu)離散成有限個單元，并在每一個單元中設(shè)定有限個節(jié)點，從而將連續(xù)體看作僅在節(jié)點處相連接的一組單元的集合體，同時選定場函數(shù)的節(jié)點值作為基本未知量，并在每一單元中假設(shè)一個近似插值函數(shù)以表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律，再建立用于求解節(jié)點未知量的有限元方程組，從而講一個連續(xù)域中的無限自由度問題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問題，求解得到節(jié)點值后就可以通過設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以致整個集合體上的場函數(shù)。 吊臂力學模型的結(jié)構(gòu)分析本節(jié)內(nèi)容主要是對汽車起重機吊臂的各節(jié)吊臂進行有限元分析，考慮到有限元軟件ANSYS的建模功能比較薄弱，所以本項目的初始設(shè)想是利用建模功能強大的三維CAD軟件Pro/E進行建模，然后通過Pro/E軟件與ANSYS軟件之間的接口，將實體模型調(diào)入到ANSYS下以生成有限元模型，但是由于模型的結(jié)構(gòu)尺寸在長度上遠遠大十其寬度和厚度，所以在進行有限元分析中所選取的單元類型為二維殼單元，即Shell63單元，由于該單元是二維面單元，所以在進行有限元網(wǎng)格劃分時只能對面進行網(wǎng)格劃分，所以利用Pro/E建立的三維實體模型無法進行有限元分析，所以最后決定在ANSYS中直接進行建模。（5）在ANSYS中的幾何建模在ANSYS中建立的模型如圖53 所示。得出三節(jié)臂的位移的分布云圖和應(yīng)力分布云圖如圖557所示。 本章小結(jié)本章主要內(nèi)容是利用第四章所分析的各節(jié)吊臂的受力模型，在ANSYS中進行了結(jié)構(gòu)分析，得出了各節(jié)吊臂的位移分布云圖和應(yīng)力分布云圖，得出最大變形量和最大應(yīng)力所在位置，為下章對吊臂的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。組合起來的整體就是裝配體。美國波音 (Boeing)公司對747飛機機身進行優(yōu)化設(shè)計，收到增加裁員、減輕質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期和降低成本的效果[19]。參考文獻[1] 顧迪民．工程起重機．哈爾濱：中國建筑工業(yè)出版社，1988.[2] 徐格寧．起重運輸機金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計．北京：機械工業(yè)出版社，1997[3] 黃大巍，李風，毛文杰．現(xiàn)代起重運輸機械．北京：化學工業(yè)出版社，2006年5月[4] 趙明．輪胎式履帶式起重機維修圖解手冊．南京：江蘇科學技術(shù)出版社，2007年2月[5] 戴軍．汽車起重機簡介．機電設(shè)備船舶，2006，4：29～31[6] 嚴大考．起重機械．鄭州：鄭州大學出版社，2003年9月[7] 高秀華，王云超，李國忠．金屬結(jié)構(gòu)．北京：化學工業(yè)出版社，2006年4月[8] 王福錦．起重機械技術(shù)檢測．北京：北京理工大學出版社，2008年4月[9] 汽車起重機和輪胎起重機術(shù)語．北京：中國標準出版社，1984年6月[10] 張志文．起重機設(shè)計手冊．北京：中國鐵道出版社,1998年3月[11] 藺海榮．材料力學．北京：國防工業(yè)出版社，2008年2月[12] 王富恥，張朝暉．ANSYS ．北京：電子工業(yè)出版社，2006年5月[13] ．有限元法實用教程．長沙：湖南大學出版社，2004年10月[14] 王建江，胡仁喜，劉英林．ANSYS ．北京：機械工業(yè)出版社，2008年4月[15] 張亞歐，谷志飛，宋勇．ANSYS ．北京：清華大學出版社，2004年7月[16] 李黎明．ANSYS有限元分析實用教程．北京：清華大學出版社，2005年1月[17] 譚雪松，張黎驊，漆向軍．Pro/ENGINNEER基礎(chǔ)教程．北京：人民郵電出版社，2009年4月[18] 寧濤，于強．Pro/E機械設(shè)計基礎(chǔ)教程．北京：清華大學出版社，2006年6月[19] 郭仁生．優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用．北京：電子工業(yè)出版社，2003年8月。，—，現(xiàn)在將其整體鋼板厚度分別改為7mm和6mm，施加同樣的載荷和約束，經(jīng)過求解后得其位移和應(yīng)力分布云圖分別如圖6圖65和圖6圖67所示：圖64 第三節(jié)吊臂鋼板厚度為7mm時位移分布云圖圖65 第三節(jié)吊臂鋼板厚度為7mm時應(yīng)力分布云圖圖66 第三節(jié)吊臂鋼板厚度為6mm時位移分布云圖圖67 第三節(jié)吊臂鋼板厚度為6mm時應(yīng)力分布云圖當?shù)谌?jié)吊臂鋼板的厚度減為6mm時，這仍在16Mn的安全范圍之內(nèi)，并且第三節(jié)吊臂重量可減輕約25%左右，可以達到減少整機重量的目的。典型的裝配圖和爆炸圖如圖6圖63所示。要想完成吊臂的裝配模型，需要先建立零件的三維模型。第二節(jié)吊臂的在Pro/E中建立的三維模型如圖58所示。（b）載荷的施加Ⅰ．自重載荷的施加對于吊臂的自重，在ANSYS軟件前處理模塊中輸入吊臂所用材料的密度和重力加速度，程序便根據(jù)輸入的單元類型、實常數(shù)，自動將單元載荷因子的信息計入總載荷進行計算。在ANSYS中有兩種建模方式可供選擇：（1）以吊臂真實工況進行建模，力保留原來的方向（包括自重）；（2）按全局坐標系對吊臂進行建模，將各個載荷分解到全局坐標系的各個坐標軸上,考慮到建模的方便，本項目采用第二種方法建模[1416]。由于單元可以設(shè)計成不同的幾何形狀，因而運用有限元法可以模擬和逼近復雜的求解域。經(jīng)求解，得出。貨物偏擺引起的載荷圖42吊臂橫向平面內(nèi)載荷狀態(tài) 各節(jié)吊臂受力模型的分析（1）變幅平面的受力分析第三節(jié)吊臂變幅平面的受力情況如圖43所示：圖43 三節(jié)臂變幅平面受力情況（a）垂直載荷為三節(jié)臂頂端承受的垂直載荷，大小：其在X和Y方向的分量分別為：（b）起升繩拉力（c）三節(jié)臂自重載荷（d）二節(jié)臂對三節(jié)臂作用力、為第二節(jié)吊臂對第三節(jié)吊臂的支撐力（待求）；、為第二節(jié)吊臂對第三節(jié)吊臂的摩擦力，其大小分別為：、。風壓與空氣密度和風速有關(guān)。這一動載作用可通過將起升載荷乘以大于1的起升載荷動載系數(shù)考慮。第4章 起重機吊臂力學模型建立和求解 起重