汽車起重機(jī)變幅油缸穩(wěn)定性及缸筒壁厚校核

摘 要：建立起重機(jī)三鉸點(diǎn)數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用傳統(tǒng)材料力學(xué)理論并結(jié)合查圖法，且根據(jù)TC550汽車起重機(jī)變幅油缸實(shí)際工作中所承受的載荷，對變幅油缸穩(wěn)定性及缸筒壁厚進(jìn)行校核，使其安全可靠。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)；變幅油缸；穩(wěn)定性；缸筒壁厚

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.058

汽車起重機(jī)屬于流動(dòng)式起重機(jī)械，具有移動(dòng)及起重作業(yè)功能，汽車起重機(jī)因操作方便、轉(zhuǎn)場速度快、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品應(yīng)具有廣泛的使用性，能適應(yīng)城市改造、水利運(yùn)輸、交通橋梁、石油化工、建筑安裝等中大型項(xiàng)目建設(shè)，可廣泛使用于工廠、礦山、油田、港口碼頭、建筑工地等作業(yè)場所和其它復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。

汽車起重機(jī)主要由起重臂、轉(zhuǎn)臺(tái)、專用底盤三大部件組成。其中起重臂是起重機(jī)的關(guān)鍵部件，為主要承載受力件；轉(zhuǎn)臺(tái)為上下車的聯(lián)接部件，起重機(jī)變幅、回轉(zhuǎn)、起升三大動(dòng)作均通過轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)。變幅油缸又為起重臂及轉(zhuǎn)臺(tái)之間聯(lián)接件，通過其伸縮運(yùn)動(dòng)可改變起重臂仰角，使其適合不同高度及幅度作業(yè)。起重機(jī)起吊作業(yè)時(shí)變幅油缸承受巨大的軸向載荷，變幅油缸的設(shè)計(jì)對起重性能至關(guān)重要，所以對變幅油缸的穩(wěn)定性和強(qiáng)度進(jìn)行校核是必不可少的。

1 建立數(shù)學(xué)模型

1.1 建立數(shù)學(xué)模型

變幅油缸受力分析如圖1所示，一般情況來說，變幅的運(yùn)動(dòng)速度都比較緩慢，起重臂的變幅慣性可忽略不計(jì)，由，得：

（1）

式中：

n——為變幅油缸的個(gè)數(shù)

Ln——為變幅油缸的力臂

N——為變幅油缸的受力

Lb——起重臂長度

Gb——起重臂自重

Q——為吊重載荷重量

LGb——為起重臂重心至臂尾鉸點(diǎn)的距離

α——為起重臂仰角

ψ1——為起升動(dòng)載系數(shù)，取1.1

1.2 起重臂及轉(zhuǎn)臺(tái)主要參數(shù)

起重臂基本臂長Lb/mm 11700

起重臂質(zhì)量Gb/kg 11500

起重臂重心至臂尾鉸點(diǎn)的距離LGb/mm 5840

起重臂尾鉸點(diǎn)至至變幅油缸下鉸點(diǎn)垂直距離H/mm 1000

起重臂尾鉸點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心水平距離E /mm 2300

變幅鉸點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心水平距離F /mm -350

2 變幅油缸穩(wěn)定性、強(qiáng)度校核

起重機(jī)吊載重物時(shí)，變幅油缸承受巨大軸向壓力。當(dāng)軸向壓力過大，就有可能材料未發(fā)生屈服而先發(fā)生屈服失穩(wěn)。為避免變幅油缸發(fā)生失穩(wěn)，對其進(jìn)行穩(wěn)定性校核凸顯重要。針對TC550汽車起重機(jī)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，確定以下2種變幅油缸最危險(xiǎn)工況進(jìn)行校核。

當(dāng)細(xì)長比時(shí)，按非等截面計(jì)算法計(jì)算臨界載荷：

（kN）

式中：

——柔性系數(shù)，中碳鋼取m=85；

——末端條件系數(shù)，兩端鉸接，?。?/p>

——活塞桿的臨界載荷，；

——活塞桿材料的彈性模量；為；

k——形狀系數(shù)，查圖2；

式中：

——桿徑截面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，

——缸筒截面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，

——空心活塞桿外徑，；

——空心活塞桿內(nèi)徑，；

——缸筒外徑，；

——缸筒內(nèi)徑，；

式中：

——活塞桿伸出長度，；

——油缸總長度，；

——等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，，；

式中：

——缸筒部分長度，；

——活塞桿斷面的回轉(zhuǎn)半徑，

空心活塞桿：

——活塞桿截面積，；

空心活塞桿：

2.1 工況一

通過（1）式方程計(jì)算得出工況一，變幅油缸推力N1=1822962N，此時(shí)油缸總長度L1=6038mm。

2.1.1 油缸穩(wěn)定性校核

因變幅油缸細(xì)長比，按非等截面計(jì)算法計(jì)算臨界載荷：

（安全系數(shù)nk=2～4）

式中：

k——形狀系數(shù)，查形狀系數(shù)圖2，取k=0.65

——等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，

2.1.2 缸筒壁厚校核

變幅油缸缸筒內(nèi)徑D=280mm、缸筒外徑D=310mm，缸筒壁厚=17.5mm，材料采用27SiMn，屈服強(qiáng)度σS =800MPa.

因，按薄壁缸筒的計(jì)算公式進(jìn)行校核：

因缸筒壁厚=17.5mm≥12.99mm，故滿足要求。

式中：

D——缸筒內(nèi)徑，；

——液壓缸壓力，MPa

——缸筒材料的許用應(yīng)力；

MPa

——缸筒材料的抗拉強(qiáng)度；

——安全系數(shù)，取2.5

2.2 工況二

通過（1）式方程計(jì)算得出工況二，變幅油缸推力N2=1874891N，此時(shí)油缸總長度L2=5596mm。

2.2.1 油缸穩(wěn)定性校核

因變幅油缸細(xì)長比，按非等截面計(jì)算法計(jì)算臨界載荷：

（安全系數(shù)nk=2～4）

式中：

k——形狀系數(shù)，查形狀系數(shù)圖2，取k=0.70

——等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，

2.2.2 缸筒壁厚校核

因，按薄壁缸筒的計(jì)算公式進(jìn)行校核：

因缸筒壁厚=17.5mm≥13.22mm，故滿足要求。

式中：

D——缸筒內(nèi)徑，；

——液壓缸壓力，MPa

3 結(jié)論

汽車起重機(jī)變幅油缸壓桿穩(wěn)定性直接影響起重機(jī)工作性能，對汽車起重機(jī)工作安全起著決定性作用，本文利用材料力學(xué)知識(shí)并結(jié)合查圖法，對我公司的TC550汽車起重機(jī)，在最大起重量和最大起重力矩兩種工況下，分別對變幅油缸穩(wěn)定性和缸筒壁厚進(jìn)行校核。研究結(jié)論為同類型起重機(jī)變幅油缸校核提供一種方法，為變幅油缸輕量化研究提供前期條件。

參考文獻(xiàn)：

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[2]楊曉，李祥松.變幅油缸穩(wěn)定性計(jì)算方法探討[J].煤礦機(jī)械，2016

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[3]雷天覺.新編液壓工程手冊（下冊）[M].北京理工大學(xué)出版社， 2005：1395-1405

基金項(xiàng)目：TC550A汽車起重機(jī)新產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目

作者簡介：單心澤（1975-），男，安徽蚌埠人，學(xué)士，工程師，研究方向：起重機(jī)產(chǎn)品及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。