QY25型汽車起重機結構強度分析與優(yōu)化設計.pdf

1、隨著我國社會各行各業(yè)的快速發(fā)展,汽車起重機逐漸成為土木工程、交通工程與國防工程建設中必不可少的起重機械。由于工程實際對汽車起重機的安全性、穩(wěn)定性要求越來越高,因此有必要對汽車起重機的結構進行更為細致精確的力學分析,以便在設計中盡可能地優(yōu)化其結構,使其具備更好的工作性能。
　　我國汽車起重機的發(fā)展總共經(jīng)歷了四個階段,1957~1966年主要是生產(chǎn)5t型機械式汽車起重機。1967~1976年通過引進蘇聯(lián)技術,形成了12t以下小型液壓汽

2、車起重機。1977~1996年引進日本技術,采用關鍵液壓件和進口底盤自行設計和生產(chǎn)出16t以上大中型液壓汽車起重機,20世紀90年代引進德國的先進技術陸續(xù)生產(chǎn)出重型和超重型汽車起重機以及全路面起重機。目前,我國已經(jīng)自主研發(fā)生產(chǎn)出1200噸級的全路面汽車起重機,國產(chǎn)汽車起重機正大步快速的向前發(fā)展。雖然國產(chǎn)汽車起重機在生產(chǎn)技術上有了很大的進步和提高,但與國際領先水平相比,還存在一定的差距。一是我國汽車起重機行業(yè)起步晚,二是受我國整體工業(yè)水平

3、和制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的影響。
　　總體來說,我國汽車起重機行業(yè)仍然存在以下幾個方面的問題和差距:
　　(1)新產(chǎn)品開發(fā)能力較差,缺乏核心知識產(chǎn)權;
　　(2)制造技術水平較低,產(chǎn)品綜合性能一般;
　　(3)產(chǎn)品檢測水平有限,質(zhì)量問題影響很大;
　　(4)產(chǎn)品品種單一,整機吊裝的穩(wěn)定性較差。
　　由于汽車起重機中吊臂占整機的比重較大而且是汽車起重機中主要的受力件,所以吊臂結構設計的好壞,將直接影響到汽車起重

4、機的整機工作性能和生產(chǎn)成本。采用傳統(tǒng)的力學方法設計起重機吊臂不僅計算復雜,而且經(jīng)過簡化和假定得到的結果與實際情況有一定差距,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,而且對汽車液壓底盤的壓力較大,嚴重影響整機性能。因此有必要對汽車起重機進行合理的結構設計,在保證汽車起重機整體工作穩(wěn)定性的前提下,盡量選擇最優(yōu)的吊臂結構和減輕吊臂的重量,具有非常重要的實際價值。
　　本文以QY25

5、U型汽車起重機為主要研究對象,通過運用有限元分析軟件ANSYS Workbench,對其進行了靜力分析、疲勞分析、模態(tài)分析及諧響應分析?？紤]到吊臂是汽車起重機中最主要的受力件,其結構合理與否直接影響著汽車起重機的整機工作性能和生產(chǎn)成本,因此本文在對QY25U型汽車起重機進行整體力學分析的同時,還以QY25C型汽車起重機為輔助研究對象,針對不同回轉(zhuǎn)位置、不同吊臂工況下汽車起重機的起重性能進行了對比,通過分析得出了不同截面形狀下吊臂的應力、

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

7、底座的振幅較小。通過優(yōu)化,最終得出了可充分提高汽車起重機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,可以得出以下結論:
　　(1)QY25C和QY25U型汽車起重機的有限元分析模型符合實際,其強度和剛度計算結果較為合理,有參考價值。
　　(2)載荷相同情況下,吊臂處于汽車起重機正后方起吊時的最大應力大于其在兩側(cè)起吊時的應力、而最大變形則小于在兩側(cè)起吊時的變形。所以實際工作中,要根據(jù)應力與應變的大小,

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

9、振動主要表現(xiàn)在吊臂上,而底座的振幅較小。通過諧響應分析,得到了最大幅值出現(xiàn)的頻率及方向,驗證了該設計不會產(chǎn)生共振、疲勞等引起的有害結果。
　　(6)通過優(yōu)化,最終得出了可充分提高汽車起重機起重性能并降低吊臂質(zhì)量的吊臂截面尺寸。結構優(yōu)化設計后,較初始設計其質(zhì)量有所下降,且在各種工況下都滿足強度、剛度約束條件,有效地改進了設計,達到了減小質(zhì)量的目的。
　　由于時間原因,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、與進一步的研究方向有:
　　(1)本文中選取的吊臂工況較少,今后應選擇更多的吊臂工況與不同的仰角。
　　(2)對汽車起重機的優(yōu)化不能僅局限于吊臂截面的優(yōu)化,還應考慮對其他結構也進行優(yōu)化。
　　(3)本文僅考慮到靜態(tài)的起吊環(huán)境,如要更準確地分析實際情況,還應對汽車起重機進行動態(tài)模擬作業(yè),通過仿真軟件實現(xiàn)汽車起重機的動態(tài)仿真和動態(tài)分析。
　　本文通過采用對比QY25U型與QY25C型各自計算結果的方法來研究汽車起重機