从汽车起重机吊臂看工程机械发展趋势

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吊臂设计的非线性计算

1.图形表示法

为了实现吊臂计算的程序化和通用化，需要对吊臂的几何形状和物理状态进行参数化，主要包括以下三个部分:(1)吊臂截面的几何形状由角度、边长等尺寸决定；⑵确定各臂的质量、长度和重心；⑶确定性能参数，包括单绳提升速度、提升滑轮组倍率等。

2.非线性迭代计算过程

以柳工(14.10，0.00，0.00%)qy70汽车起重机吊臂为例进行计算。起重机的主吊臂由一根基本吊臂和四根伸缩吊臂组成，伸缩方式为顺序同步。

首先进行吊杆；水泥生产过程中的干燥设备。在变幅平面上，吊臂上的载荷是:(1)起重量；⑵吊臂自重；(3)提升机构的钢丝绳张力。在计算吊臂上各危险截面的弯矩时，应加上各力的轴向分量与轴向力臂的乘积。

在迭代阶段，假设吊臂仰角恒定，通过吊臂端挠度的变化进行反馈。

通过赋值初始值，先计算出各危险截面处的弯矩和横向力，再通过材料力学得到挠度和转角公式，通过累加得到吊臂的总挠度。将此挠度与初始挠度进行比较。如果满足设定条件，将输出各截面的弯矩、横向力和轴向力。否则，挠度将被分配给以前的挠度，弯矩和横向力将被重新计算，新的总挠度将被计算。有了这个循环，直到前后两个循环得到的挠度满足我们设定的条件，才认为动臂已经在汽配网编辑过了，得到的值就是动臂变形平衡后的值。旋转平面的计算思路与俯仰平面相同。

在循环阶段，以总挠度的变化作为判断条件，通过计算各臂的挠度和转角得到总挠度，利用材料力学公式从实际模型推导出挠度和转角的计算公式。

3.检查强度和局部稳定性

通过非线性迭代方法得到各危险截面的弯矩、横向力和轴向力，进而得到吊臂截面上各点的应力值。严格按照起重机设计规范gb/t3811的有关内容，计算吊臂的局部稳定性和强度，并按其许用应力进行校核。

有限元分析与计算

1.有限元模型的建立

有限元模型的建立既要如实反映结构特点，又要尽量降低模型的复杂性。基于这个原理，我们简化了吊杆。由于吊杆主要承受压缩和弯曲，我们使用梁单元beam181来建模。根据每个手臂的实际手臂长度、搭接长度和滑块位置画线，然后将之前建立的每个手臂的二维截面属性分配给每个手臂。吊杆头和滑轮被简化。定义模型的单元类型和材料属性，然后网格模型。

2.加载并添加约束

根据实际受力分解后加载到吊臂上，包括起重量的轴向和横向分解力、钢丝绳张力和重力等。臂间耦合X、Y、Z三个自由度，吊臂后铰接点受约束。除了Y方向的自由度不受约束外，其他五个自由度都受到约束，变幅油缸下铰点和钢丝绳也受到约束。加载约束后，用通用求解器求解，得到计算结果。

3.计算结果与有限元计算结果的比较

选择两种工况进行对比，一种是全伸臂，即臂长44.2米，仰角79°，起重量10t，起升滑轮组倍率3；另一种是第一油缸完全伸出，第二油缸伸出1/3，即臂长27.5m，仰角79°，起重量20t，起升滑轮组倍率4。比较结果见表1和表2。通过对比可以发现，非线性计算方法和有限元模拟的结果是相似的，说明计算结果是准确的。

实验验证

在现场实验验证中，有必要选择性地使用附在吊臂上的电阻应变仪来测量吊臂应变。应变片的布置与程序计算选定的危险断面上各点的布置一致。实测结果与计算结果的对比见表3，最大误差小于20%。考虑到实际试验阶段风荷载、自重、吊臂提升量、应变片位置完全准确等各种误差因素的累积，计算和实测结果均可接受，表明程序计算结果真实可靠。