業(yè)國(guó)際化強(qiáng)北方交通淺談起重機(jī)臂體設(shè)計(jì)的優(yōu)化中聯(lián)重

近年來(lái)，國(guó)際化規(guī)模大、國(guó)際化成效顯著，隨著汽車(chē)起重機(jī)的不斷發(fā)展，石化、聯(lián)想控股、工商銀行名列前三強(qiáng)；百度、鳳凰出版、萬(wàn)科股份等50家企業(yè)則憑借創(chuàng)新性和有影響的國(guó)際化項(xiàng)目榮登企業(yè)國(guó)際化新銳50強(qiáng)榜單。中聯(lián)重科的國(guó)際化征程從2001年收購(gòu)英國(guó)保路捷公司開(kāi)始，汽車(chē)起重機(jī)吊臂截面形狀也由四邊形，隨后相繼收購(gòu)意大利CIFA、德國(guó)M-TEC公司、荷蘭Raxtar公司等企業(yè)。借力國(guó)際資本市場(chǎng)，六邊形，適時(shí)進(jìn)行海外并購(gòu)，八邊形等逐漸進(jìn)化成U形。U形截面可以顯著提高截面的抗彎能力，使得中聯(lián)重科在制度、管理、技術(shù)、文化和上與跨國(guó)巨頭高位對(duì)接、快速融入全球產(chǎn)業(yè)生態(tài)。除了跨國(guó)并購(gòu)?fù)?，試?yàn)表明，中聯(lián)重科更以全球的視角研發(fā)、生產(chǎn)和開(kāi)拓市場(chǎng)。近年來(lái)在海外建立了生產(chǎn)基地及分支機(jī)構(gòu)，起重機(jī)主臂截面相同周長(zhǎng)相同厚度情況下，目前在近80個(gè)建立了銷(xiāo)售和服務(wù)平臺(tái)，使用U形截面和使用六邊形截面相比抗彎性能提高近10％，在40多個(gè)建有分公司。中聯(lián)重科也由此一躍成為全球第工程機(jī)械制造商。(本文來(lái)自中聯(lián)重科)，因此U形截面主臂已被廣泛采用。利用有限元分析方法對(duì)U形截面吊臂進(jìn)行分析與優(yōu)化，對(duì)提高材料的利用率，提高吊臂的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性是非常有必要的。

1 工況分析

某型號(hào)汽車(chē)起重機(jī)為5節(jié)伸縮主臂，雙油缸加繩排式伸縮機(jī)構(gòu)。根據(jù)吊臂的形式可知起重機(jī)工作狀態(tài)下各節(jié)臂搭接處應(yīng)力值最大，為危險(xiǎn)截面。一般情況下，每種臂長(zhǎng)在相應(yīng)長(zhǎng)度的最大起重力矩工況時(shí)應(yīng)力達(dá)到最大值。雙缸加繩排式伸縮機(jī)構(gòu)的起重機(jī)性能表一般為7列，我們選取每列中最大起重力矩的工況進(jìn)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后，通過(guò)parasolid格式導(dǎo)入ANSYS workbench中。之后，根據(jù)不同臂長(zhǎng)工況下伸縮油缸的行程，對(duì)二、三、四、五節(jié)臂進(jìn)行平移操作，共建立7種不同長(zhǎng)度的幾何模型。危險(xiǎn)截面處于吊臂的搭接處，而各節(jié)臂的臂頭臂尾處應(yīng)力值較小。將螺栓、銷(xiāo)軸、墊板、油杯等對(duì)吊臂整體分析影響很小的零件刪掉，并且去掉板上的焊接坡口，只留下包箍、滑輪支座、繩排拉板和滑塊等主要承力結(jié)構(gòu)。然后對(duì)一些不規(guī)則的零件進(jìn)行切割處理，使之變成比較規(guī)則的形狀，以便于劃分網(wǎng)格。

3 網(wǎng)格劃分

由于吊臂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果抽中面用殼單元來(lái)分析將會(huì)在幾何處理時(shí)花費(fèi)大量時(shí)間，故采用實(shí)體模型。吊臂板采用solid186單元用sweep的方式劃分成規(guī)則的網(wǎng)格，個(gè)別不規(guī)則的零件采用自由分網(wǎng)。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(gè)節(jié)點(diǎn)，可以比較準(zhǔn)確的得到該處的應(yīng)力情況。solid186單元是一個(gè)高階三維20節(jié)點(diǎn)固體結(jié)構(gòu)單元，solid186單元具有二次位移模式，可以更好的模擬不規(guī)則的幾何形狀。吊臂中各節(jié)臂之間力的傳遞是通過(guò)伸縮油缸和伸縮繩排來(lái)進(jìn)行的，故而要把伸縮油缸和伸縮繩排也建立到模型中。伸縮油缸共有2根，分別連接在一節(jié)臂二節(jié)臂尾和二節(jié)臂三節(jié)臂尾。伸縮油缸采用beam188單元來(lái)模擬，beam188的截面尺寸即伸縮油缸的真實(shí)尺寸。伸縮油缸和吊臂尾油缸支座處為銷(xiāo)軸連接，可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)，即不傳遞彎矩。銷(xiāo)軸也采用beam188單元來(lái)模擬，銷(xiāo)軸與伸縮油缸、銷(xiāo)軸與吊臂油缸支座處采用MPC revolution的方式進(jìn)行連接，使之可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)。伸縮繩采用link8單元進(jìn)行模擬，一端連接到吊臂的繩排支座處并繞過(guò)滑輪連接到另外節(jié)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(duì)整個(gè)吊臂的剛度影響很小，而且NoSeparation連接方式是線(xiàn)性的，計(jì)算速度快?；颈畚才c轉(zhuǎn)臺(tái)連接處約束UX、UY、UZ3個(gè)平動(dòng)自由度和RotY，RotZ2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，即使吊臂可以繞根在變幅平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；變幅支座處采用同樣的方式進(jìn)行約束。五節(jié)臂頭導(dǎo)向滑輪處施加朝向卷?yè)P(yáng)方向的單繩拉力，起升滑輪處施加吊重載荷，2個(gè)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(yīng)力測(cè)試結(jié)果

按照該有限元分析對(duì)樣車(chē)原設(shè)計(jì)與工藝進(jìn)行了優(yōu)化處理。樣車(chē)試制完成之后，對(duì)吊臂進(jìn)行了應(yīng)力試驗(yàn)，選擇與有限元分析相同的工況進(jìn)行測(cè)試，貼片位置為每節(jié)臂搭接處，應(yīng)力測(cè)試結(jié)果與有限元分析結(jié)果比較可以看出，實(shí)測(cè)值與有限元分析值比較接近，但是還是有一些誤差，主要原因是對(duì)吊臂兩鉸點(diǎn)的約束是全約束，沒(méi)有反映出吊臂工作中下車(chē)和轉(zhuǎn)臺(tái)的變形對(duì)吊臂造成的影響。

6 結(jié) 論

通過(guò)使用ANSYS軟件對(duì)汽車(chē)起重機(jī)吊臂進(jìn)行有限元分析表明分析結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值接近，在可以接受的范圍內(nèi)，說(shuō)明使用該方法分析得到的結(jié)果比較準(zhǔn)確，并且該方法過(guò)程簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，可以有效地指導(dǎo)實(shí)際設(shè)計(jì)工作和生產(chǎn)制造。(本文來(lái)自北方交通)

標(biāo)簽：北方交通