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ANSYSworkbench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)臂尾部和二節(jié)臂三節(jié)臂尾部。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。伸縮油缸和吊臂尾部油缸支座處為銷(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MPCrevolution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NoSeparation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?；颈畚膊颗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，即使吊臂可以繞根部在變幅平面內(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)臂頭部導(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。

 

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