北方交通：起重機臂體設計的優化與應用

近年來，隨著汽車起重機的不斷發展

，汽車起重機吊臂截麵形狀也由四邊形，六邊形
，八邊形等逐漸進化成U形。U形截麵可以顯著提高截麵的抗彎能力，試驗表明，起重機主臂截麵相同周長相同厚度情況下
，使用U形截麵和使用六邊形截麵相比抗彎性能提高近10%，因此U形截麵主臂已被廣泛采用。利用有限元分析方法對U形截麵吊臂進行分析與優化
，對提高材料的利用率，提高吊臂的強度、剛度和穩定性是非常有必要的。

1 工況分析

某型號汽車起重機為5節jie伸shen縮suo主zhu臂bi，雙shuang油you缸gang加jia繩sheng排pai式shi伸shen縮suo機ji構gou。根gen據ju吊diao臂bi的de形xing式shi可ke知zhi起qi重zhong機ji工gong作zuo狀zhuang態tai下xia各ge節jie臂bi搭da接jie處chu應ying力li值zhi最zui大da，為wei危wei險xian截jie麵mian。一yi般ban情qing況kuang下xia，每mei種zhong臂bi長chang在zai相xiang應ying長chang度du的de最zui大da起qi重zhong力li矩ju工gong況kuang時shi應ying力li達da到dao最zui大da值zhi。雙shuang缸gang加jia繩sheng排pai式shi伸shen縮suo機ji構gou的de起qi重zhong機ji性xing能neng表biao一yi般ban為wei7列，我們選取每列中最大起重力矩的工況進行分析。共7種工況。

2 幾何模型

處理吊臂幾何模型建立完成後，通過parasolid格式導入ANSYS workbench中。之後

，根據不同臂長工況下伸縮油缸的行程，對二
、三
、四、五節臂進行平移操作，共建立7種不同長度的幾何模型。危險截麵處於吊臂的搭接處
，而各節臂的臂頭臂尾處應力值較小。將螺栓、銷軸
、墊板
、油杯等對吊臂整體分析影響很小的零件刪掉，並且去掉板上的焊接坡口，隻留下包箍、滑輪支座、繩排拉板和滑塊等主要承力結構。然後對一些不規則的零件進行切割處理，使之變成比較規則的形狀，以便於劃分網格。

3 網格劃分

由於吊臂結構複雜
，如果抽中麵用殼單元來分析將會在幾何處理時花費大量時間，故采用實體模型。吊臂板采用solid186單元用sweep的方式劃分成規則的網格，個別不規則的零件采用自由分網。主要承力零件如上下槽板，在厚度方向劃分為2層單元

，有5個節點，可以比較準確的得到該處的應力情況。solid186單元是一個高階三維20節點固體結構單元，solid186單dan元yuan具ju有you二er次ci位wei移yi模mo式shi，可ke以yi更geng好hao的de模mo擬ni不bu規gui則ze的de幾ji何he形xing狀zhuang。吊diao臂bi中zhong各ge節jie臂bi之zhi間jian力li的de傳chuan遞di是shi通tong過guo伸shen縮suo油you缸gang和he伸shen縮suo繩sheng排pai來lai進jin行xing的de，故gu而er要yao把ba伸shen縮suo油you缸gang和he伸shen縮suo繩sheng排pai也ye建jian立li到dao模mo型xing中zhong。伸shen縮suo油you缸gang共gong有you2根
，分別連接在一節臂二節臂尾部和二節臂三節臂尾部。伸縮油缸采用beam188單元來模擬
，beam188的截麵尺寸即伸縮油缸的真實尺寸。伸縮油缸和吊臂尾部油缸支座處為銷軸連接，可以相互轉動，即不傳遞彎矩。銷軸也采用beam188單元來模擬，銷軸與伸縮油缸
、銷軸與吊臂油缸支座處采用MPC revolution的方式進行連接，使之可以相互轉動。伸縮繩采用link8單元進行模擬，一端連接到吊臂的繩排支座處並繞過滑輪連接到另外節臂的繩排支座。

4 約束與載荷

滑塊材料為MC尼龍
，剛度與鋼材相比相差很多
，故采用No Separation的方式連接


，此種方式連接對整個吊臂的剛度影響很小，而且NoSeparation連接方式是線性的
，計算速度快。基本臂尾部與轉台連接處約束UX
、UY、UZ3個平動自由度和RotY，RotZ2個轉動自由度
，即使吊臂可以繞根部在變幅平麵內轉動;變幅支座處采用同樣的方式進行約束。五節臂頭部導向滑輪處施加朝向卷揚方向的單繩拉力，起升滑輪處施加吊重載荷，2個滑輪之間有大小相等方向相反的單繩拉力。重力加速度取10m/s2
，以加速度的方式添加。

5 應力測試結果

按(an)照(zhao)該(gai)有(you)限(xian)元(yuan)分(fen)析(xi)對(dui)樣(yang)車(che)原(yuan)設(she)計(ji)與(yu)工(gong)藝(yi)進(jin)行(xing)了(le)優(you)化(hua)處(chu)理(li)。樣(yang)車(che)試(shi)製(zhi)完(wan)成(cheng)之(zhi)後(hou)，對(dui)吊(diao)臂(bi)進(jin)行(xing)了(le)應(ying)力(li)試(shi)驗(yan)，選(xuan)擇(ze)與(yu)有(you)限(xian)元(yuan)分(fen)析(xi)相(xiang)同(tong)的(de)工(gong)況(kuang)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)，貼(tie)片(pian)位(wei)置(zhi)為(wei)每(mei)節(jie)臂(bi)搭(da)接(jie)處(chu)
，應(ying)力(li)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)與(yu)有(you)限(xian)元(yuan)分(fen)析(xi)結(jie)果(guo)比(bi)較(jiao)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)
，實(shi)測(ce)值(zhi)與(yu)有(you)限(xian)元(yuan)分(fen)析(xi)值(zhi)比(bi)較(jiao)接(jie)近(jin)
，但(dan)是(shi)還(hai)是(shi)有(you)一(yi)些(xie)誤(wu)差(cha)
，主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin)是(shi)對(dui)吊(diao)臂(bi)兩(liang)鉸(jiao)點(dian)的(de)約(yue)束(shu)是(shi)全(quan)約(yue)束(shu)，沒(mei)有(you)反(fan)映(ying)出(chu)吊(diao)臂(bi)工(gong)作(zuo)中(zhong)下(xia)車(che)和(he)轉(zhuan)台(tai)的(de)變(bian)形(xing)對(dui)吊(diao)臂(bi)造(zao)成(cheng)的(de)影(ying)響(xiang)。

6 結 論

通過使用ANSYS軟ruan件jian對dui汽qi車che起qi重zhong機ji吊diao臂bi進jin行xing有you限xian元yuan分fen析xi表biao明ming分fen析xi結jie果guo與yu實shi際ji測ce量liang值zhi接jie近jin，在zai可ke以yi接jie受shou的de範fan圍wei內nei，說shuo明ming使shi用yong該gai方fang法fa分fen析xi得de到dao的de結jie果guo比bi較jiao準zhun確que
，並bing且qie該gai方fang法fa過guo程cheng簡jian單dan、操作簡便，可以有效地指導實際設計工作和生產製造。(本文來自北方交通)