【正文】 計(jì)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(jì)，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力。 (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。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(shí)現(xiàn)二、三、四節(jié)吊臂同步伸縮。 三節(jié)臂 45176。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(diǎn)，一是臂根與車架的鉸接點(diǎn)，另一個是吊臂與變幅油缸的鉸接點(diǎn)，因此在變幅平面內(nèi)可把吊臂視為簡支外伸梁。t tn將 帶入上式，所得結(jié)果與式（）不符合。根據(jù)上述計(jì)算，汽車起重機(jī)鉸點(diǎn)的位置已經(jīng)確定。1212O?，在 中， .面角 是 與水平線的夾角，21max??????39。il39。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。4即 。吊臂根部離鉸點(diǎn)的距離 e（）39。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(diǎn)位置的確定設(shè) e 為吊臂根部鉸點(diǎn) O 至回轉(zhuǎn)中心線的水平距離，h 為鉸點(diǎn) O 到回轉(zhuǎn)支承裝置上表面的垂直距離，則鉸點(diǎn) O 的坐標(biāo)為（e，h）見圖 。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。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。八邊形和大圓角矩形截面的下翼緣板和腹板的實(shí)際計(jì)算寬度較小，有利于提高抗失穩(wěn)的能力。顯然，獨(dú)立伸縮構(gòu)，同樣也可以完成順序伸縮或同步伸縮的動作。 H—起重機(jī)每天工作小時數(shù)，取 H=8 小時。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。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?，F(xiàn)在，徐重和浦沅等國內(nèi)企業(yè)也成功研制出了此項(xiàng)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。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。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。汽車起重機(jī)的市場主要集中在東亞、北美和歐洲。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(jì)方法對主臂的三鉸點(diǎn)、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。不保密□。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(jì)方法對主臂的三鉸點(diǎn)、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。 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。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。GROVE 和 TADANO 采用大圓弧六邊形截面，根據(jù)需要，腹板上設(shè)計(jì)橫向和縱向加強(qiáng)筋，提高腹板的抗屈曲能力。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。起重機(jī)通過臂架直接吊載，實(shí)現(xiàn)大的作業(yè)高度與幅度。（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。參見表 1，Q=50t，R=3m,此次設(shè)計(jì)的汽車式起重機(jī)的起重力矩為 M=QR=503=150tmaxQ1Q此次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況及汽車式起重機(jī)實(shí)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。即，用一個液壓缸加兩個滑輪組的伸縮方式。DEMAG 也使用橢圓形吊臂截面形式。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。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。即： （）??01()()sin(). m????????從而得出 =。2h2h ——為起重機(jī)汽車底盤的高度， =。 = + = +0l1al0而 = + + =（K1）0234將上式帶入式（）可得= （K1） +（K1） = +（K1） +（K1） = +（K1） （）maxl0al0139。39。 即式（）成立，所計(jì)算各節(jié)臂的長度滿足要求。12?2239。? F—液壓缸負(fù)載力。 對薄壁缸筒25 / 43 ()??2xPD???式中： 液壓缸的耐壓試驗(yàn)壓力，當(dāng) P＜16MPa 時， =。吊臂在壓彎的受力情況下，采用簡化法計(jì)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 。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(jì)算截面角點(diǎn)正應(yīng)力直接可按下式計(jì)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。為確保其重心位置的正確性，必須以吊臂的真實(shí)工況位置（仰角 θ）進(jìn)行建模，亦即先要計(jì)算仰角 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。風(fēng)載荷加到吊臂側(cè)面上，而其它力則須加到相應(yīng)位置的節(jié)點(diǎn)上（或關(guān)鍵點(diǎn)上） ，為了使得這些加載點(diǎn)能成為節(jié)點(diǎn)，首先需要在此位置處創(chuàng)建硬點(diǎn)（Hard points） ，此外，由于鋼絲繩在臂頭的拉力及伸縮機(jī)構(gòu)鋼絲繩拉力等方向與整體坐標(biāo)系方向不一致，故還須旋轉(zhuǎn)這些節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系，以便于加載。作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計(jì)是難以想象的。設(shè)計(jì)中, 為保證臂的強(qiáng)度和剛度, 設(shè)定應(yīng)力 STRESSM 和位移 DEFLM 為狀態(tài)變量,控制應(yīng)力和位移的大小,即使臂滿足強(qiáng)度和剛度要求。 33 / 43考慮到每節(jié)臂之間都有搭接部分，不易選中，且大部分板厚都不一樣，若是每塊板逐個進(jìn)行網(wǎng)格劃分，效率低下，容易出錯，為此我們先在實(shí)體模型上指定屬性，即賦予所有實(shí)體需劃分的單元、材料特性、實(shí)常數(shù)等，然后由程序一次對所有板、塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分，同時也避免了在網(wǎng)格劃分操作中重復(fù)設(shè)置屬性。目標(biāo)函數(shù)為吊臂的重量，最終使重量最輕。28 / 43ΔZ 在變幅平面內(nèi)相鄰兩節(jié)臂之間的橫向間隙 并假定各節(jié)臂之間的間隙均相等，間隙的大小由使用要求和工藝條件決定，通常 Δ Z=1～3mmK伸縮臂的節(jié)數(shù)、 伸縮臂的幾何尺寸1?iHil伸縮臂的許用撓度，單位為 m][f 伸縮臂臂長（m）cL（2）旋轉(zhuǎn)平面 （）)(107.][)( LflHfNFf ki ciyw????????式中：吊臂在旋轉(zhuǎn)平面的臨界力FY—吊臂在軸向壓力 F=0 的情況下，僅由旋轉(zhuǎn)平面?zhèn)认蜉d荷引起的臂端撓度wefΔy —在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)相鄰兩節(jié)臂之間的側(cè)向間隙計(jì)算變幅平面吊臂端部撓度時，其計(jì)算載荷應(yīng)只考慮有效載荷的靜力作用，即不計(jì)自重和動力系數(shù)。:??:10? 對厚壁缸筒 （）??.423xP?????????通過上式求得 =，取整為 =10mm。? J—活塞桿截面慣性矩， = 。 12O39。O0he0hO因?yàn)殂q點(diǎn)離滾道面的距離式構(gòu)造所定，一般取 =。i1il? 將上述兩式代入式（） ，可得。通常搭接長度應(yīng)該短些，以減輕吊臂重量。 39。—吊臂仰角，其值小于最大仰角 =80176。在選取材料時應(yīng)遵循性價比最高選擇，以優(yōu)化減輕臂架重量為最終目的。有的為了減輕重量也可在側(cè)板上開大孔，并卷邊加強(qiáng)。 。與其他截面形式相比，矩形截面的制造工藝簡單，具有較好的抗彎能力和抗扭剛度，因此，中、小噸位輪式起重機(jī)的伸縮臂通常都采用這一形式，但是這種截面沒有充分發(fā)揮材料的承載能力，為了使伸縮臂各節(jié)之間能很好地傳遞扭矩和橫向力，需設(shè)附加支承。這幾種方法往往在小于等于三節(jié)臂的情況下使用。工作循環(huán)次數(shù)表征起重機(jī)的利用程度，是起重10 / 43機(jī)分級的基本參數(shù)之一。汽車式起重機(jī)的最大起升高度的確定是根據(jù)起重機(jī)作業(yè)要求和起重機(jī)總體設(shè)計(jì)的合理性綜合考慮。（1）起重量 起重機(jī)起吊重物的質(zhì)量稱為起重量，通常以 Q 表示，單位為 kg 或 t。利勃海爾將拔銷裝置置于伸縮機(jī)構(gòu)上方，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，自鎖性強(qiáng)，便于實(shí)現(xiàn)；格魯夫GROVE、德馬格（DEMAG） 、多田野（TADANOamp。目前，利勃海爾推出的橢圓形截面是全地面起重機(jī)針對不同機(jī)型，它所設(shè)計(jì)的截面形狀也有一定的差異。國外的制造企業(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，這也使的國外起重機(jī)的繼續(xù)發(fā)展占有了更大的優(yōu)勢。部分大型汽車式起重機(jī)還在伸縮臂上使用了單缸插銷的伸縮技術(shù)，通過液壓銷作用，以單個液壓油缸可完成多節(jié)伸臂的運(yùn)動，并達(dá)到各種工況的程度控制和自動伸縮，改變了以往能不油缸加內(nèi)部繩排的作業(yè)方式，使起重機(jī)相對更輕，拓展了起重機(jī)向更高工作高度發(fā)展的空間。因此汽車起重機(jī)的伸縮臂架設(shè)計(jì)技術(shù)被作為目前汽車起重機(jī)急需解決的主要關(guān)鍵技術(shù)之一。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 汽車起重機(jī)伸縮臂系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 肖文濤 學(xué)號 2022105334 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化 班級 20221052 指導(dǎo)教師 譚宗柒 評閱教師 完成日期 2022 年 月 日三峽大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)士學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果，對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。然而對于汽車起重機(jī)整機(jī)而言，汽車起重機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接影響整機(jī)的性能。通過先導(dǎo)比例手柄實(shí)現(xiàn)比例輸送多種負(fù)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。目前國外的起重機(jī)企業(yè)主要是生產(chǎn)大噸位的起重機(jī)，而且有完善的設(shè)計(jì)體系，和一批先進(jìn)的研發(fā)人員，不斷的進(jìn)行創(chuàng)新和完善。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。該方式確保某一節(jié)伸縮臂和伸縮油缸互相鎖定后才能釋放該節(jié)臂和其它節(jié)臂的聯(lián)接。這些參數(shù)表名起重機(jī)工作性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它是設(shè)計(jì)起重機(jī)的技術(shù)依據(jù)，也是生產(chǎn)使用中選擇起重機(jī)技術(shù)性能的依據(jù)。在確定起升高度時，應(yīng)考慮配屬的吊具、路基和汽車高度保證起重機(jī)能將最大高度的物品裝入車內(nèi)。 QAY50 汽車起重機(jī)的工作級別（1） 起重機(jī)利用等級 起重機(jī)在有效工作期間有一定總工作循環(huán)數(shù)，起重機(jī)作業(yè)的工作循環(huán)是從準(zhǔn)備其吊物品開始到下一次其吊物品為止的過程。在某些情況下可以取消伸縮機(jī)構(gòu)，代之采用人力驅(qū)動，或采用推桿和繩索的器件，而輔之以人工安裝插銷等方法伸縮吊臂，這就形成了人力驅(qū)動。其中，矩形截面是由翼緣板和腹板焊接而成的，它是目前輪式起重機(jī)伸縮臂中用得最多的截面形式。但是截面的成型難度大，生產(chǎn)周期長。側(cè)板一般選用薄鋼板，厚度在 ~8mm 范圍內(nèi)，側(cè)板薄一些對于減輕吊臂重量極為有效，但必須認(rèn)真考慮其局部失穩(wěn)的問題，有的在鋼板上隔一定距離軋一條橫向筋，以增加其強(qiáng)度。上下底板和腹板承受不同的載荷有的彎矩大，有的正應(yīng)力大，故采用不同的材料。h—根部鉸點(diǎn)離地距離，參見 QAY50 的 h 值，取 h=。maxl il即 （ （）0039。l式中：K為吊臂的節(jié)數(shù)。i = + +a1i?39。1O圖 三鉸點(diǎn)相互位置圖鉸點(diǎn) 在求得 和 已經(jīng)確定即 =，e=，所以認(rèn)定鉸點(diǎn) 已經(jīng)確定。2?39。tF歐拉公式： ()2tEJL???式中：E—材料的彈性模數(shù)，對鋼而言，E= MPa。?此時 ，不滿足式 ，所以所求液壓缸不是薄壁缸筒，為厚壁缸筒。 6176。吊臂設(shè)計(jì)中，為保證強(qiáng)度、剛度