QY25型汽車起重機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著我國(guó)社會(huì)各行各業(yè)的快速發(fā)展,汽車起重機(jī)逐漸成為土木工程、交通工程與國(guó)防工程建設(shè)中必不可少的起重機(jī)械。由于工程實(shí)際對(duì)汽車起重機(jī)的安全性、穩(wěn)定性要求越來(lái)越高,因此有必要對(duì)汽車起重機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更為細(xì)致精確的力學(xué)分析,以便在設(shè)計(jì)中盡可能地優(yōu)化其結(jié)構(gòu),使其具備更好的工作性能。
　　我國(guó)汽車起重機(jī)的發(fā)展總共經(jīng)歷了四個(gè)階段,1957~1966年主要是生產(chǎn)5t型機(jī)械式汽車起重機(jī)。1967~1976年通過(guò)引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù),形成了12t以下小型液壓汽

2、車起重機(jī)。1977~1996年引進(jìn)日本技術(shù),采用關(guān)鍵液壓件和進(jìn)口底盤(pán)自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出16t以上大中型液壓汽車起重機(jī),20世紀(jì)90年代引進(jìn)德國(guó)的先進(jìn)技術(shù)陸續(xù)生產(chǎn)出重型和超重型汽車起重機(jī)以及全路面起重機(jī)。目前,我國(guó)已經(jīng)自主研發(fā)生產(chǎn)出1200噸級(jí)的全路面汽車起重機(jī),國(guó)產(chǎn)汽車起重機(jī)正大步快速的向前發(fā)展。雖然國(guó)產(chǎn)汽車起重機(jī)在生產(chǎn)技術(shù)上有了很大的進(jìn)步和提高,但與國(guó)際領(lǐng)先水平相比,還存在一定的差距。一是我國(guó)汽車起重機(jī)行業(yè)起步晚,二是受我國(guó)整體工業(yè)水平

3、和制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的影響。
　　總體來(lái)說(shuō),我國(guó)汽車起重機(jī)行業(yè)仍然存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題和差距:
　　(1)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力較差,缺乏核心知識(shí)產(chǎn)權(quán);
　　(2)制造技術(shù)水平較低,產(chǎn)品綜合性能一般;
　　(3)產(chǎn)品檢測(cè)水平有限,質(zhì)量問(wèn)題影響很大;
　　(4)產(chǎn)品品種單一,整機(jī)吊裝的穩(wěn)定性較差。
　　由于汽車起重機(jī)中吊臂占整機(jī)的比重較大而且是汽車起重機(jī)中主要的受力件,所以吊臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞,將直接影響到汽車起重

4、機(jī)的整機(jī)工作性能和生產(chǎn)成本。采用傳統(tǒng)的力學(xué)方法設(shè)計(jì)起重機(jī)吊臂不僅計(jì)算復(fù)雜,而且經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化和假定得到的結(jié)果與實(shí)際情況有一定差距,所以為了保證有足夠的可靠性一般采用較大的安全系數(shù),這使得吊臂自身比較笨重,吊臂材料不能充分利用,而且對(duì)汽車液壓底盤(pán)的壓力較大,嚴(yán)重影響整機(jī)性能。因此有必要對(duì)汽車起重機(jī)進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在保證汽車起重機(jī)整體工作穩(wěn)定性的前提下,盡量選擇最優(yōu)的吊臂結(jié)構(gòu)和減輕吊臂的重量,具有非常重要的實(shí)際價(jià)值。
　　本文以QY25

5、U型汽車起重機(jī)為主要研究對(duì)象,通過(guò)運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS Workbench,對(duì)其進(jìn)行了靜力分析、疲勞分析、模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析?？紤]到吊臂是汽車起重機(jī)中最主要的受力件,其結(jié)構(gòu)合理與否直接影響著汽車起重機(jī)的整機(jī)工作性能和生產(chǎn)成本,因此本文在對(duì)QY25U型汽車起重機(jī)進(jìn)行整體力學(xué)分析的同時(shí),還以QY25C型汽車起重機(jī)為輔助研究對(duì)象,針對(duì)不同回轉(zhuǎn)位置、不同吊臂工況下汽車起重機(jī)的起重性能進(jìn)行了對(duì)比,通過(guò)分析得出了不同截面形狀下吊臂的應(yīng)力、

6、應(yīng)變變化規(guī)律并提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)意見(jiàn)。
　　研究表明汽車起重機(jī)的有限元分析模型符合實(shí)際,其強(qiáng)度和剛度計(jì)算結(jié)果較為合理。載荷相同情況下,吊臂處于汽車起重機(jī)正后方起吊時(shí)的最大應(yīng)力大于其在兩側(cè)起吊時(shí)的應(yīng)力、而最大變形則小于在兩側(cè)起吊時(shí)的變形;由于同樣載荷下 U形吊臂的最大應(yīng)力與應(yīng)變均小于六邊形吊臂的相應(yīng)數(shù)值,因此其壽命與起吊性能都優(yōu)于六邊形吊臂。通過(guò)模態(tài)分析,得出了汽車起重機(jī)的固有頻率和振型,結(jié)果表明,由于吊臂較長(zhǎng),振動(dòng)主要表現(xiàn)在吊臂上,而

7、底座的振幅較小。通過(guò)優(yōu)化,最終得出了可充分提高汽車起重機(jī)起重性能并降低吊臂質(zhì)量的吊臂截面尺寸。
　　根據(jù)本文所做的工作,可以得出以下結(jié)論:
　　(1)QY25C和QY25U型汽車起重機(jī)的有限元分析模型符合實(shí)際,其強(qiáng)度和剛度計(jì)算結(jié)果較為合理,有參考價(jià)值。
　　(2)載荷相同情況下,吊臂處于汽車起重機(jī)正后方起吊時(shí)的最大應(yīng)力大于其在兩側(cè)起吊時(shí)的應(yīng)力、而最大變形則小于在兩側(cè)起吊時(shí)的變形。所以實(shí)際工作中,要根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的大小,

8、合理選擇吊臂回轉(zhuǎn)位置。
　　(3)載荷相同情況下,U形吊臂的最大應(yīng)力與最大變形均小于六邊形吊臂的相應(yīng)數(shù)值,因此其壽命與起吊性能都優(yōu)于六邊形吊臂,因此更應(yīng)被推廣應(yīng)用。
　　(4)相同回轉(zhuǎn)位置、不同吊臂工況下,由于起吊載荷的不同,最大應(yīng)力發(fā)生的位置基本相同,但大小沒(méi)有明顯的規(guī)律。在不同工況最大起吊載荷下,隨著吊臂的伸長(zhǎng),最大位移也隨著增大。
　　(5)通過(guò)模態(tài)分析,得出了汽車起重機(jī)的固有頻率和振型,結(jié)果表明,由于吊臂較長(zhǎng),

9、振動(dòng)主要表現(xiàn)在吊臂上,而底座的振幅較小。通過(guò)諧響應(yīng)分析,得到了最大幅值出現(xiàn)的頻率及方向,驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)不會(huì)產(chǎn)生共振、疲勞等引起的有害結(jié)果。
　　(6)通過(guò)優(yōu)化,最終得出了可充分提高汽車起重機(jī)起重性能并降低吊臂質(zhì)量的吊臂截面尺寸。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后,較初始設(shè)計(jì)其質(zhì)量有所下降,且在各種工況下都滿足強(qiáng)度、剛度約束條件,有效地改進(jìn)了設(shè)計(jì),達(dá)到了減小質(zhì)量的目的。
　　由于時(shí)間原因,加之自己水平有限,本文的研究尚不夠全面和深入,其中存在的不足

10、與進(jìn)一步的研究方向有:
　　(1)本文中選取的吊臂工況較少,今后應(yīng)選擇更多的吊臂工況與不同的仰角。
　　(2)對(duì)汽車起重機(jī)的優(yōu)化不能僅局限于吊臂截面的優(yōu)化,還應(yīng)考慮對(duì)其他結(jié)構(gòu)也進(jìn)行優(yōu)化。
　　(3)本文僅考慮到靜態(tài)的起吊環(huán)境,如要更準(zhǔn)確地分析實(shí)際情況,還應(yīng)對(duì)汽車起重機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬作業(yè),通過(guò)仿真軟件實(shí)現(xiàn)汽車起重機(jī)的動(dòng)態(tài)仿真和動(dòng)態(tài)分析。
　　本文通過(guò)采用對(duì)比QY25U型與QY25C型各自計(jì)算結(jié)果的方法來(lái)研究汽車起重機(jī)