【正文】 步伸縮的動(dòng)作。在額定起升高度以內(nèi)可選用任一伸出長(zhǎng)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(dòng)。（3）傳動(dòng)裝置指動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)到起重裝置和回轉(zhuǎn)裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。與塔式起重機(jī)相比，其起升高度小，幅度小且幅度利用率低[5]。因此對(duì)起重機(jī)吊臂進(jìn)行有限元分析是非常有必要的。 隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的日趨成熟，設(shè)計(jì)人員迫切需要一種對(duì)所做的設(shè)計(jì)進(jìn)行精確評(píng)價(jià)和分析的工具，而不再僅僅依靠以往積累的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)去估計(jì)。我國(guó)國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該有以下幾點(diǎn)：（1）擴(kuò)大產(chǎn)品的品種。通過(guò)先導(dǎo)比例手柄實(shí)現(xiàn)比例輸送多種負(fù)荷的無(wú)級(jí)調(diào)速，有效防止起重作業(yè)時(shí)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(guó)外的制造企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)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(jī)的設(shè)計(jì)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(jiān)實(shí)的烙印，這也使的國(guó)外起重機(jī)的繼續(xù)發(fā)展占有了更大的優(yōu)勢(shì)。汽車起重機(jī)的主要工作部分是吊臂，通過(guò)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(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)完成對(duì)一個(gè)額定起重量為8噸的3節(jié)伸縮式吊臂的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)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(jī)品種有數(shù)百種，90年代以來(lái)，生產(chǎn)，銷售各種噸位的起重機(jī)萬(wàn)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。國(guó)外起重機(jī)的未來(lái)發(fā)展之路是走向?qū)I(yè)化，標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)目研究的背景和意義目前汽車起重機(jī)主要存在一下幾個(gè)問(wèn)題：（1）汽車起重機(jī)設(shè)計(jì)主要以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主，缺乏科學(xué)的數(shù)值分析。一般認(rèn)為，大噸位型起重機(jī)能保證好的起重性能，但同時(shí)給吊臂的強(qiáng)度、剛度以及整車的穩(wěn)定性帶來(lái)了嚴(yán)峻的強(qiáng)度問(wèn)題。 本章小結(jié)本章通過(guò)介紹國(guó)內(nèi)外汽車起重機(jī)發(fā)展概況和趨勢(shì)，了解該項(xiàng)目研究的背景，并指出當(dāng)前汽車起重機(jī)存在的主要問(wèn)題，通過(guò)介紹有限元分析的意義，最終得出用ANSYS分析軟件對(duì)吊臂進(jìn)行有限元分析的必要性。 汽車起重機(jī)的結(jié)構(gòu)組成起重汽車完成起重工作時(shí)，其作業(yè)循環(huán)通常是起吊—回轉(zhuǎn)—卸貨—返回，有時(shí)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(dòng)的?？煞譃橐簤?、油壓機(jī)械和人力驅(qū)動(dòng)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(jī)的分類方法，包括按起重量大小、臂架形式、底盤的特點(diǎn)和傳動(dòng)裝置的形式；其結(jié)構(gòu)組成為起重裝置、回轉(zhuǎn)裝置、傳動(dòng)裝置和行走裝置；詳細(xì)闡述了起重機(jī)吊臂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和吊臂的伸縮原理，為汽車起重機(jī)吊臂的設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)，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(jī)一年中的工作天數(shù)，取B=300天。表34 起重機(jī)工作級(jí)別的劃分載荷狀態(tài)名義載荷譜系數(shù)利用等級(jí)—輕—中—重—特重 汽車起重機(jī)主臂尺寸的確定經(jīng)調(diào)研，得知起重機(jī)吊臂的材料大部分采用高強(qiáng)度合金鋼，主要為16Mn。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。在此，暫取搭接長(zhǎng)度均為1000mm。整個(gè)箱形吊臂也可做成頭稍細(xì)，根稍粗的棱錐體狀，但大多采用貼加強(qiáng)板的方法來(lái)改變截面的面積特性，在局部高應(yīng)力處采用局部加強(qiáng)板局部加強(qiáng)。D—缸筒內(nèi)徑D=63mm。選擇系數(shù)C的確定與機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別由關(guān)，可通過(guò)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(shí)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(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》可選用，表面粗糙度為2級(jí)的繩槽斷面。圖33 滑輪組配置簡(jiǎn)圖 本章小結(jié)本章主要介紹了汽車起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和工作級(jí)別的確定，通過(guò)調(diào)研資料和《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》來(lái)確定起重機(jī)吊臂的各節(jié)參數(shù)；又通過(guò)起重機(jī)在最大起重量下的載荷狀態(tài)，來(lái)選定液壓缸、鋼絲繩、和滑輪及滑輪組。起升高度小于時(shí)起升鋼絲繩的質(zhì)量可以忽略不計(jì)。Ⅱ．風(fēng)力系數(shù)和風(fēng)力高度變化系數(shù)的確定風(fēng)力系數(shù)跟迎風(fēng)面形狀和充實(shí)率有關(guān)，結(jié)合《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，本項(xiàng)目取。（3）吊臂在極端工況下所受載荷詳細(xì)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(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，吊臂在變幅平面所受的力如圖41所示：垂直載荷；吊臂導(dǎo)向定滑輪對(duì)吊臂施加的力：由于吊臂自重引起的垂直載荷會(huì)在后面各節(jié)吊臂詳細(xì)分析時(shí)分開(kāi)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(gè)單元，并在每一個(gè)單元中設(shè)定有限個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而將連續(xù)體看作僅在節(jié)點(diǎn)處相連接的一組單元的集合體，同時(shí)選定場(chǎng)函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量，并在每一單元中假設(shè)一個(gè)近似插值函數(shù)以表示單元中場(chǎng)函數(shù)的分布規(guī)律，再建立用于求解節(jié)點(diǎn)未知量的有限元方程組，從而講一個(gè)連續(xù)域中的無(wú)限自由度問(wèn)題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問(wèn)題，求解得到節(jié)點(diǎn)值后就可以通過(guò)設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以致整個(gè)集合體上的場(chǎng)函數(shù)。 吊臂力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)分析本節(jié)內(nèi)容主要是對(duì)汽車起重機(jī)吊臂的各節(jié)吊臂進(jìn)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(xiàng)目的初始設(shè)想是利用建模功能強(qiáng)大的三維CAD軟件Pro/E進(jìn)行建模，然后通過(guò)Pro/E軟件與ANSYS軟件之間的接口，將實(shí)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(zhǎng)度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)大十其寬度和厚度，所以在進(jìn)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(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分時(shí)只能對(duì)面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，所以利用Pro/E建立的三維實(shí)體模型無(wú)法進(jìn)行有限元分析，所以最后決定在ANSYS中直接進(jìn)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(jìn)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(duì)吊臂的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。組合起來(lái)的整體就是裝配體。美國(guó)波音 (Boeing)公司對(duì)747飛機(jī)機(jī)身進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(xiàn)[1] 顧迪民．工程起重機(jī)．哈爾濱：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1988.[2] 徐格寧．起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997[3] 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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?。浩湓赬和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(duì)三節(jié)臂作用力、為第二節(jié)吊臂對(duì)第三節(jié)吊臂的支撐力（待求）；、為第二節(jié)吊臂對(duì)第三節(jié)吊臂的摩擦力，其大小分別為：、。風(fēng)壓與空氣密度和風(fēng)速有關(guān)。這一動(dòng)載作用可通過(guò)將起升載荷乘以大于1的起升載荷動(dòng)載系數(shù)考慮。第4章 起重機(jī)吊臂力學(xué)模型建立和求解 起重