汽車起重機(jī)臂架的有限元分析

陳雯雯 衡陽技師學(xué)院

汽車起重機(jī)臂架的有限元分析

陳雯雯 衡陽技師學(xué)院

汽車起重機(jī)在中國的起重機(jī)的應(yīng)用范圍越來越廣，涉及的領(lǐng)域也越來越多，同時需要解決的問題也在增加。本文主要介紹了不同的文獻(xiàn)中研究汽車起重機(jī)的方法，主要是利用有限元分析法進(jìn)行分析。先對起重機(jī)進(jìn)行測量，經(jīng)測量出的數(shù)據(jù)與有限元模擬的結(jié)果進(jìn)行比對，將差別較大的地方進(jìn)行改進(jìn)，在符合實際操作的情況下對起重機(jī)進(jìn)行優(yōu)化。在普通有限元分析的基礎(chǔ)上將其參數(shù)化使其更好的解決問題。

汽車起重機(jī) 有限元分析 懸臂

一、前言

汽車起重機(jī)是一種裝在普通汽車上或者是裝在某種特制的汽車底盤上的起重機(jī)，它的主要優(yōu)點是機(jī)動性好，相當(dāng)于普通的載重汽車，符合公路對汽車的技術(shù)要求，但是它進(jìn)行工作時必須使用支腿來保持穩(wěn)定性，在松軟和泥濘的路面上支腿支撐的平面不一定水平，容易發(fā)生安全事故，因此不適合在次路面上進(jìn)行作業(yè)。中國的起重機(jī)如果跟不上市場發(fā)展的腳步就會被淘汰，因此中大型起重機(jī)的研究迫在眉睫。但是起重機(jī)的有限元分析法可以完美的解決這個問題。

有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis），利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理系統(tǒng)進(jìn)行模擬。將模擬得出的應(yīng)力應(yīng)變動態(tài)曲線與實際的起重機(jī)進(jìn)行比對，如果不符合就需要對模型進(jìn)行檢查改進(jìn)；如果整體是符合的就可以再進(jìn)行優(yōu)化。

二、綜述

文獻(xiàn)[1]是以t50汽車起重機(jī)的回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)為主要研究對象，分析緩沖閥與換向閥的彈簧和開口面積、緩沖溢流閥的彈簧預(yù)緊力、泵的流量、轉(zhuǎn)動慣量、負(fù)載阻力矩對系統(tǒng)的動態(tài)特性的影響。分析如何減緩回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)啟動和制動時的壓力沖擊、縮短制動時間、改善系統(tǒng)的調(diào)速特性、提高整機(jī)性能、作業(yè)效率和安全性。在理論上建立液壓回路控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用AMESim仿真軟件進(jìn)行仿真，得出液壓系統(tǒng)的兩種工況的應(yīng)力動態(tài)曲線。將仿真結(jié)果和測驗結(jié)果對比，修正模型中的參數(shù)，使之更加符合實際。在測試的數(shù)據(jù)中：回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)抱死的情況下，模擬仿真的結(jié)果和實際測試的結(jié)果基本一致，誤差只在10%左右，能夠反映實際狀況；回轉(zhuǎn)空載的情況下，模擬仿真的結(jié)果和實際測試的結(jié)果基本一樣，但是某些參數(shù)的改變可能會給仿真的結(jié)果帶來很大的影響。

文獻(xiàn)[2]是對特定的某種汽車起重機(jī)的起升結(jié)構(gòu)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，從中得到起重機(jī)在原本的各類元件運(yùn)作的過程中對動態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的不良影響，通過改變各類元件的相關(guān)參數(shù)來提高系統(tǒng)的精確性和可靠行，同時減少人力物力的投入。首先要對起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)的工作原理做詳細(xì)的了解，建立液壓系統(tǒng)中變量泵、馬達(dá)、閥及管道的結(jié)構(gòu)模型，繪制功率鍵合圖，并基于此推導(dǎo)出對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，用MATLAB/SIMULINK仿真軟件進(jìn)行建模仿真，最后得到的不同的系統(tǒng)響應(yīng)數(shù)據(jù)，從得到的數(shù)據(jù)中挑選出具有最優(yōu)的效果參數(shù)組合，使整個液壓系統(tǒng)在這種組合條件下性能最優(yōu)。在仿真中具體考慮：系統(tǒng)停止后突然上升、停止后下降、提升后突然停止、下降后突然停止、提升后突然下降以及下降時突然提升。

文獻(xiàn)[3]與上述的兩篇文獻(xiàn)的最大區(qū)別在于還對汽車起重機(jī)進(jìn)行了有限元的靜力學(xué)分析。其研究對象是QAY50汽車起重機(jī)的伸縮臂，文獻(xiàn)[3]進(jìn)行載荷分類、伸縮臂的靜力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)剛度的計算和構(gòu)件結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力分析，得到各結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和形變圖。然后根據(jù)實際工況的要求對起重機(jī)的三種實際工況進(jìn)行研究，同時采用ANSY仿真軟件對整個系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析中的有限元靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，并對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)合整體和局部的應(yīng)力圖和形變圖，了解應(yīng)力的分布情況和形變情形并找出最大應(yīng)力發(fā)生位置，確定在伸縮臂輕度和剛度均滿足條件的情形下的最危險的工況。得出實的三種工況下伸縮臂結(jié)構(gòu)的前六段的固有頻率和對應(yīng)的振型。結(jié)合圖形清楚的找出伸縮臂結(jié)構(gòu)存在的缺陷和需要加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，對缺陷交易改進(jìn)得出最優(yōu)的方案。

文獻(xiàn)[4]針對目前汽車起重機(jī)存在的問題，對汽車起重機(jī)使用參數(shù)化方法對主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的特征參數(shù)、載荷參數(shù)進(jìn)行定義，借助有限元分析法基本理論對起重機(jī)的副臂和轉(zhuǎn)臺實施簡化原則的處理方式并根據(jù)起重機(jī)的實際操作建立有限元分析模型，利用ANSYS中的匯編語言對模型進(jìn)行具體分析。在有限元的基礎(chǔ)上同時運(yùn)用VB編程語言開發(fā)起重機(jī)的參數(shù)化分析系統(tǒng)。

文獻(xiàn)[5]主要局部應(yīng)力對液壓起重機(jī)某段伸縮臂的內(nèi)部和外部接觸區(qū)影響的分析。選擇伸在外面的懸臂的某段相關(guān)長度，建立伸縮臂的頂部法蘭板、頂部網(wǎng)盤和底部法蘭板的彎曲方程，根據(jù)方程畫出應(yīng)力—應(yīng)變狀態(tài)圖形并建立一個數(shù)學(xué)模型，其中數(shù)學(xué)模型分為局部模型和整體模型。對整體和局部模型進(jìn)行有限元分析。同時需要對實際的起重機(jī)進(jìn)行實驗測試，將得到的TD-6/8型液壓汽車起重機(jī)的有限元分析結(jié)果和實驗測試結(jié)果進(jìn)行驗證。對獲得分析結(jié)果和實驗結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在分析模型和通過有限元分析與實驗測試得出的結(jié)果之間具有較高服從性，這證實了所有的假設(shè)。提出的方法以及驗證過的分析表達(dá)式給在接觸區(qū)存在局部應(yīng)力增加的盒狀伸縮段和其它結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計提供了準(zhǔn)則。

三、結(jié)論

從上面的文獻(xiàn)可以看出對起重機(jī)進(jìn)行有限元分析時能否準(zhǔn)確的建立模型是解決問題最為關(guān)鍵的，因為接下來對起重機(jī)的受力分析、應(yīng)力應(yīng)變分析都是在模型的基礎(chǔ)上完成的。在建立準(zhǔn)確的模型之后就可以開始進(jìn)行研究了。上述所有文獻(xiàn)通過有限元法分析模型的出的結(jié)論與實際測量得出的結(jié)論誤差很小，而這些誤差存在的原因主要是因為在制作模型的過程中提出的數(shù)學(xué)表達(dá)式為了便于計算，將某些因素不加以考慮造成的,如文獻(xiàn)[5]，這證明有限元分析法在研究受力分析問題上能代表實際問題，同時也能解決實際問題。

[1]王志洲.汽車起重機(jī)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)特性仿真與實驗研究 [D].長春：吉林大學(xué)，2011.

[2]姚俊威.汽車起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)動態(tài)特性研究[D].太原：太原科技大學(xué)，2012.

[3]劉敏.汽車起重機(jī)伸縮臂結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計研究[D].西安：長安大學(xué)，2014.

[4]劉艷軍.汽車起重機(jī)主要結(jié)構(gòu)件參數(shù)化分析系統(tǒng)研究[D].沈陽：沈陽建筑大學(xué)，2012.

[5]Mile Savkovi Milomir Ga?i Goran Pavlovi ea.al.Stress analysis in co ntact zone between the segments of tele scopic booms of hydraulic truck [J].Thin-Walled Structures, 2014(85)：332-340.