高空作業(yè)車工作臂結構設計及有限元分析 畢業(yè)論文.doc

徐州師范大學本科生畢業(yè)設計高空作業(yè)車工作臂結構設計及有限元分析1目錄第一章緒論.41.1高空作業(yè)車的概況及其發(fā)展方向.41.2高空作業(yè)車組成.51.2.1工作機構.51.2.2金屬結構.51.2.3動力裝置.61.2.4控制系統(tǒng).61.3GKZ型高空作業(yè)車的概況.61.3.1整機結構簡介.61.3.2高空作業(yè)臂.71.3.3作業(yè)車作業(yè)狀態(tài)主要技術參數(shù).81.4課題的提出.81.5本課題所要研究的具體任務.91.6本課題研究的意義.9第二章高空作業(yè)車的結構設計.102.1材料的選擇.102.2計算上、下臂的長度.112.3確定油缸鉸點的位置.122.3.1確定上臂油缸鉸點的位置.122.3.2確定下臂油缸鉸點的位置.132.4上臂截面尺寸的確定.132.4.1對上臂進行受力分析.132.4.2計算上臂截面尺寸.142.4.3對上臂進行強度效核.162.5下臂截面尺寸的確定.182.5.1對下臂進行受力分析.182.5.2計算下臂的截面尺寸.212.5.3對下臂進行正應力效核.22第三章高空作業(yè)臂有限元分析.253.1概述.253.2載荷條件及分析工況說明.263.2.1載荷條件.263.2.2分析工況.263.3上臂的有限元分析.273.3.1上臂的實體建模.273.3.2有限元分析.283.4下臂的有限元分析.323.4.1下臂的實體建模.323.4.2有限元分析.32第四章總結.37致謝.38參考文獻.39徐州師范大學本科生畢業(yè)設計高空作業(yè)車工作臂結構設計及有限元分析2高空作業(yè)車工作臂結構設計及有限元分析摘要：高空作業(yè)車是用來運送工作人員和工作裝備到指定高度進行作業(yè)的特種車輛。本文主要以“GKZ型高空作業(yè)車”上、下臂結構為研究對象，對上、下臂進行結構設計和ANSYS有限元分析。本文主要闡述了根據(jù)高空作業(yè)車的最大作業(yè)高度12米，在滿足作業(yè)高度的前提下，進行高空作業(yè)臂的結構設計：首先根據(jù)使用要求選擇作業(yè)臂材料的類型；其次根據(jù)最大作業(yè)高度確定上、下臂的長度；再經(jīng)過受力分析利用強度來確定臂的截面尺寸及油缸的鉸接位置；再進行強度、剛度、穩(wěn)定性的校核，查看作業(yè)臂的尺寸是否符合要求；利用PRO/E軟件進行上、下臂實體建模，通過PRO/E軟件的輸出端口和ANSYS軟件的輸入端口，將實體模型導入ANSYS軟件中。在ANSYS軟件中，先定義工作臂的單元類型為實體單元“SolidBrick8node45”；其材料屬性定義為：彈性模量為2.1e11，泊松比為0.3，鋼的密度為37850kg/m。進行網(wǎng)格劃分時，采用了ANSYS提供的最常用的網(wǎng)格劃分控制工具“MeshTool”中的“SmartSizeControls”，網(wǎng)格劃分的值越小得到的結果越好，但網(wǎng)格太細會占用大量的分析時間，造成資源浪費，由于上、下臂的尺寸較大，而厚度較小，為提高計算效率，在網(wǎng)格劃分密度時，選取值為4。然后，施加均布載荷和約束，進行結構的強度和剛度分析，確定危險截面或危險點的應力分布及變形。根據(jù)有限元分析結果，找出結構設計中的不合理因素，提出改進方案，并對改進后的結構進行有限元分析，對兩種分析結果進行比較。最后畫出作業(yè)臂總裝圖及上、下臂零件圖。關鍵詞：高空作業(yè)車；結構設計；有限元分析；ANSYS徐州師范大學本科生畢業(yè)設計高空作業(yè)車工作臂結構設計及有限元分析3AerialvehiclearmofAerialworkplatformstructuredesignandfiniteelementanalysisAbstract：AerialvehiclearmofAerialworkplatformisaspecialvehiclewhichcarriesoperatorsandtoolstotheaerialappointplaceforwork，Inthispaper,“GKZhigh-altitudevehiclesinthe”upperandlowerarmstructureoftheresearchobject,right,underarms,structuraldesignandFiniteElementAnalysis.Thispaperelaboratedonthebasisofaerialvehicleoperationslargest16metershigh,tomeetthehighoperatingonthepremisethatforhigh-altitudeoperationsarmofstructuraldesign:Firstchoiceundertherequirementsoftheuseofoperatingarmofthetypesofmaterials；Second,basedontheheightofthelargestoperationstodeterminetheupperandlowerarmlength；AfterAnalysistodeterminetheintensityofuseofthearmsectionsizeandfueltanksarticulatedposition；furtherstrength,stiffness,StabilityofVerification,checktheoperatingarmsizewhetheritmeetstherequirements；PROEsoftwareusingtheupperandlowerarmentitymodeling,PROEsoftwarethroughtheoutputportsandANSYSinputports,EntityModelintoANSYSsoftware.InANSYS,firstdefinitionofthemodulesworkarmtypeofentityunitSolidBrick8node45；materialproperties:thedefinitionofelasticmodulusof2.1e11,thePoissonsratioof0.3,thedensityofsteel.Formesh,ANSYSusedforthemostcommonlyusedmeshcontroltoolMeshTooloftheSmartSizeControls,meshsmallerthevaluethebettertheresults.Butmeshtoosmallwilloccupyagreatdealofanalysistime,resultinginawasteofresources,sincetheupperandlowerarmofalargersize.thicknessandsmaller,toincreasetheefficiencyofthecomputation,themeshdensity,theselectedvalueoffour.Then,imposeuniformloadsandconstraints,structuralstrengthandrigidity,identifyhazardousordangeroussectionthestressdistributionanddeformation.Accordingtothefiniteelementanalysis,structuraldesigntoidentifytheirrationalfactorsthatimprovementprogramalsoimprovedthestructureoffiniteelementanalysis,theanalysisofbothresults.Finallypaintoperationsarmassemblydiagramandtheupperandlowerpartsarmmap.Keywords：AerialvehiclearmofAerialworkplatform；Structuraldesign；Finiteelementanalysis；ANSYS徐州師范大學本科生畢業(yè)設計高空作業(yè)車工作臂結構設計及有限元分析4第一章緒論1.1高空作業(yè)車的概況及其發(fā)展方向高空作業(yè)車又稱登高平臺消防車，廣泛用于建筑、市政、電訊、機場、工廠、園林、住宅等場所，從事消防、搶險救災、施工、安裝、維護等工作。其中，供消防部門用于滅火、輔助滅火或消防救援，是最主要的一個功能。高空作業(yè)車是用來運送工作人員和工作裝備到指定高度進行作業(yè)的特種車輛，是將高空作業(yè)裝置安裝在汽車底盤上組成的。高空作業(yè)裝置包括高空作業(yè)臂、起重工作臂、起升機構、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)還有操縱裝置等部分組成?，F(xiàn)在的高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、自動調速、安全可靠等優(yōu)點，大大提高了空中作業(yè)的工作效率。高空作業(yè)車按工作臂的型式，有四種基本型式，分別為：垂直升降式、折疊臂式、伸縮臂式和混合臂式。垂直升降式高空作業(yè)車的升降機構只能在垂直方向上進行運動。它的主要特點是結構簡單，承載能力強，但作業(yè)范圍小，作業(yè)高度低，這種結構型式應用比較少。折疊臂式高空作業(yè)車工作臂之間的連接全部采用鉸接型式，所以國外又把它叫做鉸接式高空作業(yè)車。折疊臂高空作業(yè)車結構適合于較低作業(yè)高度的車型，如要加大作業(yè)高度，必然要增加臂長或增加工作臂數(shù)量，增加臂長會使作業(yè)車體積龐大，降低靈活性；增加工作臂數(shù)量會造成操作繁瑣，安全性降低。伸縮臂式的高空作業(yè)車在行駛狀態(tài)時，工作臂縮回套疊，工作時伸出，可以有效增大作業(yè)高度，同時具有工作效率高、操作簡單、動作平穩(wěn)等特點?；旌媳凼礁呖兆鳂I(yè)車工作臂之間既有鉸接，也有伸縮，是折疊臂式和伸縮臂式高空作業(yè)車的結合，它綜合了兩種結構型式的優(yōu)點，工作性能最好，但結構也最為復雜。高空作業(yè)車是利用汽車底盤作為行走機構，具有汽車的行駛通過性能，機動靈活，行駛速度高，可快速轉移，轉移到作業(yè)場地后能迅速投入工作，因此被越來越多的應用在工程建設、工業(yè)安裝、設備檢修、物業(yè)管理、航空、船舶、石化、電力、影視、市政