【正文】 角 θ 的大小，再激活工作平面（workplane） ，將工作平面旋轉(zhuǎn) θ 角，在工作平面內(nèi)造型。由于優(yōu)化過程是不斷在設(shè)計域內(nèi)進(jìn)行搜索以尋求最優(yōu)解，這樣有限元分析過程就得反復(fù)進(jìn)行，亦即有限元分析的整個過程是作為優(yōu)化設(shè)計中的一個文件，并進(jìn)一步生成優(yōu)化循環(huán)文件，以便優(yōu)化過程反復(fù)調(diào)用，若是有限元模型較大，則分析時間長，優(yōu)化迭代時間也就很長。31 / 43原理和變幅平面相同,得到 =， =則可得 ??zf .??校核結(jié)果,此舉臂在這種工況下剛度合適. 伸縮臂的強(qiáng)度校核伸縮臂計算截面角點正應(yīng)力直接可按下式計算：、bIWYy2?2121bZbZZlIlI???表 臂架受力則可根據(jù)材料力學(xué)和材料成型技術(shù)等專業(yè)課，推算出舉臂材料為合金結(jié)構(gòu)鋼，其為 885mpa，滿足條件。?Z變截面吊臂決定的長度系數(shù) 2?箱型伸縮臂是一個雙向壓彎構(gòu)件，同時也是一個階梯形變截面構(gòu)件，計算公式如下：（）)]sin(i1[ 112 ?????iiikiZI ????29 / 43式中：第 i 節(jié)臂伸出后的長度與吊臂全長比；i?第 i 節(jié)臂的截面慣性矩；ZI第一節(jié)臂（基本臂）的截面慣性矩。吊臂在壓彎的受力情況下，采用簡化法計算臂端撓度并作伸縮臂的剛度校核：變幅平面考慮起吊額定載荷，并處于相應(yīng)工作幅度時，臂端在平面內(nèi)的靜位移 。（2）缸筒外徑計算缸筒外徑 為1D （）2???所得結(jié)果為 =180mm。 對薄壁缸筒25 / 43 ()??2xPD???式中： 液壓缸的耐壓試驗壓力，當(dāng) P＜16MPa 時， =。 長度折算系數(shù)，由文獻(xiàn)〔1〕可知， =1。? F—液壓缸負(fù)載力。 =176。12?2239。鉸點 的取得22要滿足下述條件，在變幅缸縮回時， 吊臂位在行駛狀態(tài)，變幅液壓缸長度為最短長度；而當(dāng)全伸時吊臂位在最大仰角狀態(tài)，液壓缸長度達(dá)到最大長度。 即式（）成立，所計算各節(jié)臂的長度滿足要求。il39。39。因此，搭接部分要根據(jù)實際經(jīng)驗和優(yōu)化設(shè)計而定，一般為伸縮臂外伸長度的 1/4—1/5（吊臂較長者取后者，較短者取前者，同步伸縮者可取后者） 。 = + = +0l1al0而 = + + =（K1）0234將上式帶入式（）可得= （K1） +（K1） = +（K1） +（K1） = +（K1） （）maxl0al0139。ax12341234()()()lllala????? 式中 ﹑ ﹑ 為各節(jié)伸縮臂的伸縮長度，在設(shè)計當(dāng)中，伸縮長度往往取同一數(shù)值，39。2h2h ——為起重機(jī)汽車底盤的高度， =。即 =56176。即： （）??01()()sin(). m????????從而得出 =。17 / 43圖 臂架截面尺寸圖根據(jù)公式 = + ， 四節(jié)的尺寸依次為：1l2l2l455660、420600、3855350480 （ mm）見圖 4 伸縮臂設(shè)計計算 起重機(jī)伸縮臂尺寸的確定此次設(shè)計的 50 噸汽車式起重機(jī)的起升高度為 38 米，臂架材料選用 HG6O。這樣以來可以采用更薄鋼板，而充分利用鋼板的厚度，特別在采用高強(qiáng)度鋼材時。具體到每節(jié)臂的優(yōu)化設(shè)計問題，我們考慮兩個非常重要的工況:基本臂工況和全伸臂工況。為了提高起重作業(yè)性能，減輕自重，起重臂截面形狀采用“U”形截面。因此，在滿足各項設(shè)計指標(biāo)的前提下，采用優(yōu)化設(shè)計，盡可能降低吊臂自重，尤其對大噸位起重機(jī)具有十分重要的意義。DEMAG 也使用橢圓形吊臂截面形式。梯形截面的扭轉(zhuǎn)剛度和橫向剛度均較矩形截面大，但是，這種截面的下翼緣板寬，對局部穩(wěn)定不利，材料性能得不到充分發(fā)揮，且需設(shè)側(cè)15 / 43向支承裝置，這是梯形截面的缺點。即，用一個液壓缸加兩個滑輪組的伸縮方式。（1）順序伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各節(jié)伸縮臂必須按一定先后順序，完成伸縮動作。maxQ1Q此次設(shè)計根據(jù)實際情況及汽車式起重機(jī)實際的使用情況， ，可根據(jù)表 選擇=，即很少吊起額定載荷，一般起吊輕載荷。工作循環(huán)次數(shù)除了可根據(jù)經(jīng)驗確定，還可根據(jù)下式進(jìn)行計算： （）5360B3601()30Q= ??????年 （ 天 ） 8（ 小 時 ） （ 次 ）（ 秒 ）式中 : Y—起重機(jī)的使用壽命以年計算，與起重機(jī)的類型、用途、環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)因素有關(guān)。參見表 1，Q=50t，R=3m,此次設(shè)計的汽車式起重機(jī)的起重力矩為 M=QR=503=150t圖 所示為汽車起重機(jī)起升高度圖9 / 43圖 汽車起重機(jī)起升高度圖 （3）幅度旋轉(zhuǎn)臂架式起重機(jī)處于水平位置時，回轉(zhuǎn)中心線與取物裝置中心線垂直之間的水平距離稱為幅度（R） 。（2）起升高度起升高度是指從地面或軌道頂面至取物裝置最高起生位置的鉛垂距離（吊鉤取取鉤環(huán)中心） ，單位為米。所謂額定起重量是指起重機(jī)在各種工況下安全作業(yè)所容許的起吊重物的最大質(zhì)量的值，它是隨著幅度的加大而減小的。起重機(jī)通過臂架直接吊載，實現(xiàn)大的作業(yè)高度與幅度。缸銷則都布置在伸縮機(jī)構(gòu)的側(cè)方。北起、泰起、錦重等廠家采用第一種伸縮機(jī)構(gòu)（多個單級缸加一級繩排） ，但由于技術(shù)落后，第二缸、第三缸的進(jìn)回油依靠軟管卷筒輸送。表 國外主要起重機(jī)制造廠商選用的吊臂截面形式及特點公司 截面形式 截面特點 Grove Gottwald σc=700Mpa 調(diào)制合金鋼，八角形壓型后焊接 五邊形， “V”型底部突緣，重量輕而堅固，受壓穩(wěn)定性好，側(cè)向移動小KATOσ1=700Mpa，高強(qiáng)鋼，焊接工藝先進(jìn)Liebherr兩塊不同厚度板壓制成大圓角槽形，在中線拼焊，受力合理高強(qiáng)鋼四角鋼加固，側(cè)板較薄，大強(qiáng)度/重量比，吊臂垂直于側(cè)向繞度較小6 / 43 伸縮臂機(jī)構(gòu)形式介紹 繩排系統(tǒng) 繩排系統(tǒng)在中國已經(jīng)應(yīng)用的比較成熟，也是一種歷史比較悠久的技術(shù)。GROVE 和 TADANO 采用大圓弧六邊形截面，根據(jù)需要，腹板上設(shè)計橫向和縱向加強(qiáng)筋，提高腹板的抗屈曲能力。因此，伸縮臂的性能對大噸位輪式起重機(jī)在大幅度、高起升高度情況下性能的影響至關(guān)重要，而伸縮臂的關(guān)鍵技術(shù)在于伸縮機(jī)構(gòu)的形式和臂架截面形式。市場總的趨勢式供大于求，面對激烈競爭，國外各大公司除了紛紛增加投資、擴(kuò)大生產(chǎn)、提高自身的競爭能力外，還通過聯(lián)合或兼并來提高在國際市場的份額。這都為中國汽車式起重機(jī)行業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 許多專家認(rèn)為，高速發(fā)展的市場，是中國汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)各個廠商有利的技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)和環(huán)境。目前伸縮臂機(jī)構(gòu)有兩種形式，繩排系統(tǒng)和單缸插銷式。本文主要根據(jù) QAY50 噸汽車起重機(jī)工作要求來確定伸縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和傳動方案，進(jìn)而采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法對主臂的三鉸點、主臂的長度、及每節(jié)臂的長度、臂架的結(jié)構(gòu)、液壓缸尺寸進(jìn)行確定，對臂架進(jìn)行受力分析，利用有限元對臂架進(jìn)行分析。 學(xué)位論文作者簽名： 日 期： 2022529 學(xué)位論文版權(quán)使用受權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。不保密□。 hydraulic cylinder。而單缸插銷式伸縮臂技術(shù)是典型的機(jī)、電、槽形截面，通過傳統(tǒng)的設(shè)計方法對主臂的三鉸點、主臂的長度、及每節(jié)臂的長度、液壓缸尺寸進(jìn)行確定，對臂架進(jìn)行受力分析，利用有限元對臂架進(jìn)行分析。3 / 43可通過軟件實現(xiàn)控制性能的調(diào)整，大幅度簡化控制系統(tǒng)，減少液壓元件，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具備了實現(xiàn)故障自動診斷，遠(yuǎn)程控制的能力。汽車起重機(jī)的市場主要集中在東亞、北美和歐洲。1990 年，日本多田野兼并了德國法恩公司等。同時采用該形式的起重機(jī)在五節(jié)以上伸縮臂應(yīng)用時難度較大。獨特的吊臂對中裝置，使伸縮更方便，但國內(nèi)其它廠家目前還沒有使用這種截面形式。對于四節(jié)臂以上起重臂的伸縮機(jī)構(gòu)又分為以下兩種：多缸或多級缸加一級繩排、單缸或多缸加兩級繩排。雖然有些日本企業(yè)有將繩排技術(shù)發(fā)展到 6 節(jié)甚至更多，但是對于中大噸位起重機(jī)，一般企業(yè)還是優(yōu)先考慮單缸插銷技術(shù)?，F(xiàn)在，徐重和浦沅等國內(nèi)企業(yè)也成功研制出了此項技術(shù)，采用的是和 LIEBHERR 相似的拔銷裝置置于伸縮機(jī)構(gòu)上方的形式。根據(jù) QAY50 汽車起重機(jī)工作要求來確定伸縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和傳動方案，進(jìn)而采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法對主臂的三鉸點、主臂的長度、及每節(jié)臂的長度、臂架的結(jié)構(gòu)、液壓缸尺寸進(jìn)行確定，對臂架進(jìn)行受力計算，采用 ANSYS 對臂架進(jìn)行有限元分析。汽車式起重機(jī)的額定起重量還分支腿全伸、不用支腿吊臂行駛 3 種情況。由于汽車式起重機(jī)的起升高度隨著臂架仰角和臂架長度變化，在各種臂長和不同臂架仰角時可得相應(yīng)的起升高度曲線。汽車式起重機(jī)有效幅度通常是指使用支腿工作，臂架位于側(cè)向最小幅度時，取物裝置中心鉛垂線至該側(cè)兩支腿中心連線的水平距離，它表示汽車式起重機(jī)在最小幅度時工作的可能性。m，最長主臂的起重力矩為 85 t H—起重機(jī)每天工作小時數(shù)，取 H=8 小時。按驅(qū)動形式的不同，可分為液壓、液壓—機(jī)械和人力三種。顯然，獨立伸縮構(gòu)，同樣也可以完成順序伸縮或同步伸縮的動作。因此采用何種截面形式使吊臂的自重較小、材料的利用充分，是伸縮式吊臂設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。八邊形和大圓角矩形截面的下翼緣板和腹板的實際計算寬度較小，有利于提高抗失穩(wěn)的能力。大圓弧六邊形截面在國內(nèi)己廣泛使用，泰起在其新品 QY50A 上也首次使用，其它廠家目前還在使用四邊形截面。首先是選擇吊臂的材料，是最直接的減輕吊臂重量的途徑，全地面起重機(jī)伸縮臂的材料一般是 16Mn，最好采用高強(qiáng)度的低合金鋼。但由于受整機(jī)尺寸的限制，吊臂外形尺寸不能增大，因而只能在截面總高和總寬保持不變的條件下進(jìn)行截面的優(yōu)化，伸縮臂的箱形截面采用 U 型。U 型截面有大的抗彎模量和較高的抵抗局部失穩(wěn)的能力。根據(jù)以上闡述的理論，在以下的設(shè)計中，將采用焊接方式為主（各種焊接方式應(yīng)用到合適的位置） ，螺紋連接以及鉸接為輔方式進(jìn)行臂架的連接。表 起重機(jī)吊臂節(jié)數(shù)最大起升高度H(m)10～15 16～19 20～29 30～40吊臂節(jié)數(shù) K 3 2～3 3～4 4～5 吊臂跟部鉸點位置的確定設(shè) e 為吊臂根部鉸點 O 至回轉(zhuǎn)中心線的水平距離，h 為鉸點 O 到回轉(zhuǎn)支承裝置上表面的垂直距離，則鉸點 O 的坐標(biāo)為（e，h）見圖 。、 —根部鉸點和頭部滑輪軸心離吊臂基本截面軸心的距離，并帶有正負(fù)號，0e1在中心線以下者為正，以上為負(fù)。吊臂根部離鉸點的距離 e（）39。1a，r，b，h 同上。4即 。從中可以得出 =（m） 。lil 在第 i 節(jié)臂退回后，除外露部分長度 a 外，在前節(jié)（i1）節(jié)臂中的長度 加上伸39。因此前后兩節(jié)臂由這樣的關(guān)系， = +ca （）0il1?從式 46 可知， = + +a0il39。il39。則從式 410 得出， ???式中：D起重機(jī)底盤直徑，D=2m。1212O?，在 中， .面角 是 與水平線的夾角，21max??????39。 39。根據(jù)上述計算，汽車起重機(jī)鉸點的位置已經(jīng)確定。???24 / 43（3）穩(wěn)定性驗算當(dāng)活塞桿直徑與液壓缸安裝長度之比為 1：10 以上時，活塞桿容易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生縱向彎曲破壞，這時需要進(jìn)行受壓穩(wěn)定性計算。t tn將 帶入上式，所得結(jié)果與式（）不符合。b? D—缸筒內(nèi)徑 D=160mm。伸縮臂在變幅平面受力情況如下sinR ??2081??Q= （10000+1050） =?? NT35cos1472in12??QR6sN5co伸縮臂有兩個支點，一是臂根與車架的鉸接點，另一個是吊臂與變幅油缸的鉸接點，因此在變幅平面內(nèi)可把吊臂視為簡支外伸梁。 4176。 三節(jié)臂 45176。因而吊臂的優(yōu)化設(shè)計歸結(jié)為其截面的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計問題。吊臂伸縮采用一級伸縮液壓缸、雙繩排滑輪機(jī)構(gòu)（兩伸、兩縮）以實現(xiàn)二、三、四節(jié)吊臂同步伸縮。 (二) 單元選取及網(wǎng)格劃分 圖 41 網(wǎng)格板采用板殼元 Shell63 來離散。 (三) 滑塊接觸處模型處理 由于吊臂工作時，各節(jié)臂之間靠與滑塊接觸和擠壓來傳遞力，有限元建模中，必須解決各節(jié)臂與滑塊間的連接問題。變幅液壓缸鉸點處同樣處理。 計算結(jié)果與分析 結(jié)論:此 U 形臂采用的截面尺寸完全符合技術(shù)要求,能夠完成工作任務(wù)——最大額定起重量 50 噸,最大起升高度 ,采用結(jié)構(gòu)合金鋼.圖 42 旋轉(zhuǎn)平面邊界條件示意圖35 / 43圖 43 旋轉(zhuǎn)平面位移圖可見旋轉(zhuǎn)平面最大撓度為 圖 44 變幅平面邊界條件示意圖36 / 43圖 45 變幅平面位移圖可見變幅平面最大撓度為 圖 46 變幅平面 VON MISE 應(yīng)力圖37 / 43可見變幅平面最大應(yīng)力為 （其 為 885mpa）H][?38 / 43總結(jié)通過本次畢業(yè)設(shè)計，基本上掌握了汽車起重機(jī)的結(jié)構(gòu)，及其主要的工作原理，并且通過查閱資料和圖紙，鍛煉了自己繪圖以及識圖的能