管理信息化信息化知識(shí)汽車起重機(jī)伸縮臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)

管理信息化信息化知識(shí)汽車起重機(jī)伸縮臂系統(tǒng)設(shè)計(jì){管理信息化信息化知識(shí)}汽車起重機(jī)伸縮臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)3三峽大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明果，由此造成的知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛由本人負(fù)責(zé)。學(xué)位論文作者簽名：日期：2010-5-29學(xué)位論文版權(quán)使用受權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索‘可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于：1、保密□，在年解密后適用本書(shū)授權(quán)。2、不保密□。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√）1目錄前言………………………1摘要………………………21緒論21.1國(guó)內(nèi)外汽車起重機(jī)發(fā)展概況及趨勢(shì)21.2伸縮臂結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀41.3伸縮臂機(jī)構(gòu)形式介紹61.4本課題內(nèi)容及重要意義72QAY50汽車起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)和工作級(jí)別72.1QAY50起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)72.2QAY50汽車起重機(jī)的工作級(jí)別93伸縮臂傳動(dòng)方案和臂架截面的確定123.1伸縮臂傳動(dòng)方案的確定123.2伸縮臂架截面的確定144伸縮臂設(shè)計(jì)計(jì)算174.1起重機(jī)伸縮臂尺寸的確定174.2臂架伸縮液壓缸的計(jì)算及選擇224.3伸縮臂受力計(jì)算255伸縮臂有限元分析3125.1伸縮吊臂有限元模型建立325.2計(jì)算結(jié)果與分析34總結(jié)37致謝38參考文獻(xiàn)391汽車起重機(jī)伸縮臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生：肖文濤指導(dǎo)老師：譚宗柒三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院臂架是起重機(jī)的主要承載構(gòu)件。起重機(jī)通過(guò)臂架直接吊載，實(shí)現(xiàn)大的作業(yè)QAY50進(jìn)行確定，對(duì)臂架進(jìn)行受力分析，利用有限元對(duì)臂架進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：伸縮臂；液壓缸；臂架結(jié)構(gòu)，有限元分析DesignoftruckcraneTelescopicboomsystemStudent：XiaoWen-taoSupervisor：TanZhong-qi(CollegeofMechanical&MaterialEngineering,ChinaThreeGorgesUniversity)Abstract：Boomisthemainhostofcraneponents.Directlythroughthejibcranehangingload,toachievegreatheightandrangeoperations.Armstrengthdeterminesthemaximumtimefromtheweightliftingmachineperformance,itsweightdirectlyaffectthemachineoverturningstability,structuraldesignandthereforemeritsofboom,2willdirectlyaffecttheoverallperformance,suchastheweightofthewholemachinecenterofgravityheightandmachinestability.Thus,toensuresafeworkingconditionsofboomtominimizetheweightofboom,whichimprovesoverallqualityandeconomyofgreatpracticalsignificance.MainlybasedonXCMGtruckcrane50tonsofrequeststodeterminethestructureandtransmissionexpansionprogram,andthenusingthetraditionaldesignmethodisthemainarmofthethreenodes,themainarmlength,armlength,andeachsection,Boomstructure,determinethesizeofhydrauliccylinders.Keywords：Telescopicboom;hydrauliccylinder;Structureofboom；ansys3前言50t汽車起重機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)的作業(yè)能力及使用經(jīng)濟(jì)性。目前伸縮臂機(jī)構(gòu)有兩種形式，繩排系統(tǒng)和單缸插銷式。一體化系統(tǒng).寸進(jìn)行確定，對(duì)臂架進(jìn)行受力分析，利用有限元對(duì)臂架進(jìn)行分析。1緒論1.1國(guó)內(nèi)外汽車起重機(jī)發(fā)展概況及趨勢(shì)1.1.1國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)發(fā)展概況及趨勢(shì)中國(guó)的汽車式起重機(jī)誕生于上世紀(jì)的1030有過(guò)3次主要的技術(shù)改進(jìn)，分別為70年代引進(jìn)蘇聯(lián)的技術(shù)，80年代引進(jìn)日本的技術(shù)，904一個(gè)發(fā)展穩(wěn)定，市場(chǎng)化程度高的成熟產(chǎn)業(yè)。中國(guó)汽車式起重機(jī)已經(jīng)大量使用PLC提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具備了實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)診斷，遠(yuǎn)程控制的能力。的提高了起重作業(yè)的安全性、可靠性和作業(yè)效率。起重機(jī)向更高工作高度發(fā)展的空間。在走向國(guó)際市場(chǎng)的過(guò)程中，我國(guó)汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)近幾年品質(zhì)水平的快速提高，5重機(jī)行業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。1.1.2國(guó)外汽車起重機(jī)發(fā)展概況及趨勢(shì)機(jī)品種有數(shù)百種，90年代以來(lái)，生產(chǎn)，銷售各種噸位的起重機(jī)萬(wàn)余臺(tái)。汽車起重機(jī)的市場(chǎng)主要集中在東亞、北美和歐洲。東亞約占銷售量的40%，北美和歐洲各約占20%。國(guó)外汽車起重機(jī)發(fā)展的主要特點(diǎn)可以歸納為：多品種生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高和一機(jī)多用。如1984年，美國(guó)格魯夫公司收購(gòu)了英國(guó)老牌企業(yè)科爾斯公司。1987年，德國(guó)克虜伯公司收購(gòu)了格的瓦爾德公司，稱為當(dāng)時(shí)德國(guó)最大的起重機(jī)公司，但該公司19951990汽車式起重機(jī)制企業(yè)在生產(chǎn)中更多的應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)，機(jī)械自動(dòng)化和自動(dòng)化設(shè)備，6的優(yōu)勢(shì)。1.2伸縮臂結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀伸縮臂作為輪式起重機(jī)的主要受力構(gòu)件，其重量一般占整機(jī)的13%~20%，而在于伸縮機(jī)構(gòu)的形式和臂架截面形式。以上伸縮臂應(yīng)用時(shí)難度較大。西方發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)50噸以上的中、大噸位輪式起了起重機(jī)的起重性能。從B~aChina2007年博覽會(huì)上可以看出，橢圓形伸縮臂、單缸插銷式伸縮機(jī)構(gòu)、自動(dòng)伸縮臂系統(tǒng)構(gòu)成了以德國(guó)利勃海爾(UEBHERR)代表的西方先進(jìn)伸縮臂技術(shù)的核心，代表當(dāng)前世界最高水平，是輪式起重機(jī)伸縮臂技術(shù)的發(fā)展方向。LTM1300起重臂的截面也采用了橢圓形截面，其截面上彎板為大圓弧槽形板，下的獨(dú)特穩(wěn)定性和抗屈曲能力。GROVE和TADANO7KATO抗屈曲能力，大圓弧六邊形截面在國(guó)內(nèi)己廣泛使用。目前國(guó)內(nèi)僅徐工集團(tuán)徐州重型機(jī)械廠一家推出QAY130、QAY160、QAY200、QAY240QAY300強(qiáng)度鋼板，雙缸加雙繩排的伸縮機(jī)構(gòu)，在吊臂伸縮時(shí)，臂節(jié)之間有寬大的滑塊，中裝置，使伸縮更方便，但國(guó)內(nèi)其它廠家目前還沒(méi)有使用這種截面形式。歸納起來(lái)，伸縮臂可以制成幾種典型箱形截面:截面是全地面起重機(jī)針對(duì)不同機(jī)型，它所設(shè)計(jì)的截面形狀也有一定的差異。表1.2列舉了國(guó)外一些主要的起重機(jī)制造廠商所選用的吊臂截面形狀。表1.2國(guó)外主要起重機(jī)制造廠商選用的吊臂截面形式及特點(diǎn)公司截面形式截面特點(diǎn)Grove8F.M.C板較薄，大強(qiáng)度/重量Gottwaldσc=700Mpa調(diào)制合金鋼，P.P.MKATO9σ1=700Mpa，高強(qiáng)鋼，Liebherr1.3伸縮臂機(jī)構(gòu)形式介紹1.3.1繩排系統(tǒng)100噸以下的起重機(jī)上應(yīng)用的比較分為以下兩種：多缸或多級(jí)缸加一級(jí)繩排、單缸或多缸加兩級(jí)繩排。DEMAG和TADANO小。在過(guò)去，徐重、浦沅、長(zhǎng)起跟隨LIEBHERR技術(shù)多年，普遍使用第二種伸縮105節(jié)臂的起重機(jī)使用的是雙缸雙繩排的技術(shù)，一般為第2節(jié)臂獨(dú)立伸縮，第3.4.5節(jié)臂同步伸縮；4節(jié)臂的一般單缸雙繩排為2.3.4大幅度下的起重性能；同時(shí)，對(duì)于大噸位的起重機(jī)，對(duì)鋼絲繩的要求也非常高，6節(jié)甚至更多，但是對(duì)于中大噸位起重機(jī)，一般企業(yè)還是優(yōu)先考慮單缸插銷技術(shù)。1.3.2單缸插銷系統(tǒng)單缸插銷式伸縮臂技術(shù)是典型的機(jī)、電、液一體化系統(tǒng).以較典型的德國(guó)利1．伸縮缸、2．拔銷機(jī)構(gòu)、3．缸銷等組成，為保證伸縮臂伸縮過(guò)程的安全性、可靠性，該機(jī)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自鎖性強(qiáng)，便于實(shí)現(xiàn)；格魯夫GROVE、德馬格（DEMAG（TADANO&FAUN11項(xiàng)技術(shù)，采用的是和LIEBHERR相似的拔銷裝置置于伸縮機(jī)構(gòu)上方的形式。由于PLC控制和伸縮系統(tǒng)的液壓回去走。1.4本課題內(nèi)容及重要意義重機(jī)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，為了降低整機(jī)成本，提高性能，整機(jī)質(zhì)量越來(lái)越小，等噸位的銷售價(jià)較前十年有大幅下降，對(duì)中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)造成了很大沖擊，因此，量和經(jīng)濟(jì)性具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。根據(jù)QAY5012ANSYS對(duì)臂架進(jìn)行有限元分析。2QAY50汽車起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)和工作級(jí)別2.1QAY50起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)（1）起重量Qkg或t吊鉤的起重機(jī)的額定起重量不包括吊鉤和滑輪組的自重。行駛3重行使時(shí)的額定起重量決定于輪胎、車橋（或輪對(duì)轉(zhuǎn)向架）的承載能力。量不只一個(gè)時(shí)，通常稱額定起重量為最大起重量。此次設(shè)計(jì)的是50噸汽車式起重機(jī)的主臂，所以取起重量為Q=50t。（2）起升高度H為13軌面以上的起升高度h2和軌面以下的下放深度h3之和，H=h2+h3。能將最大高度的物品裝入車內(nèi)。汽車式起重機(jī)的最大起升高度的確定是根據(jù)起重機(jī)作業(yè)要求和起重機(jī)總體表2.1所示，50噸汽車式起重機(jī)的基本臂的范圍為11.0∕9.0范圍為38∕32QAY50噸汽車起重機(jī)的參考值，選擇起升高度為基本臂作業(yè)10作業(yè)38米圖2.1（3）幅旋間的水平定。在臂架變幅平面內(nèi)起重機(jī)機(jī)體的最外邊至取物中心鉛垂線之間的距離稱為有效幅度，有效幅度可為正值或副值。幅度時(shí)工作的可能性。汽車式起重機(jī)的幅度R如圖2.1所示。參見(jiàn)表2.1，此次汽車式起重機(jī)的幅度R=3m。（4）起重力矩14Q和其相對(duì)應(yīng)的工作幅度R的乘積，即M=Q×R，起重力矩一般用t·m為單位。參見(jiàn)表1，Q=50t，R=3m,此次設(shè)計(jì)的汽車式起重機(jī)的起重力矩為M=Q×R=50×3=150t·m。同時(shí)參見(jiàn)表1可知，基本臂起重力矩為150t·m，最長(zhǎng)主臂的起重力矩為85t·m。2.2QAY50汽車起重機(jī)的工作級(jí)別（1）起重機(jī)利用等級(jí)可根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：（2.1）式中:Y—濟(jì)因素有關(guān)。由于本設(shè)計(jì)為50噸，參見(jiàn)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》不同類型起重機(jī)使用壽命表，如表2.3所示，可知Y=13年。B—起重機(jī)一年中的工作天數(shù)，取B=300天。H—起重機(jī)每天工作小時(shí)數(shù)，取H=8小時(shí)。T—起重機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間，設(shè)定為T(mén)=300秒。根據(jù)以上計(jì)算所得出的數(shù)據(jù)，(次)2.2所示，可以選擇起重機(jī)的利用等級(jí)為，起重機(jī)的使用情況為，經(jīng)常中等的使用。表2.2起重機(jī)利用等級(jí)15利用等總的工作循起重機(jī)使用情利用等總的工作循起重機(jī)使用情級(jí)環(huán)次數(shù)N況級(jí)環(huán)次數(shù)N況1.65經(jīng)常中等的使用3.21不經(jīng)常繁忙使用6.3不經(jīng)常使用21.254繁忙的使用2.5經(jīng)常清閑的使4用表2.3幾種不同類型的起重機(jī)的使用等級(jí)起重機(jī)類型使用壽命（年）汽車起重機(jī)（通用汽車底盤(pán)）10小于1611輪胎起重機(jī)和汽車起16～4012重＞40～10013量大于10015（t）塔式起重機(jī)小于1010等于和大于161016工作、30橋式和門(mén)式起重機(jī)級(jí)別25、20履帶起重機(jī)10門(mén)座和鐵路起重機(jī)25(2)起重機(jī)的載荷狀態(tài)—起升起升載荷之比，令一個(gè)是實(shí)際起升載荷的作用次數(shù)N1，與工作循環(huán)次數(shù)N之比。2.4選擇=0.125，即很少吊起額定載荷，一般起吊輕載荷。表2.4起重機(jī)的載荷狀態(tài)及其名義載荷譜系數(shù)載荷狀態(tài)名義載荷譜系數(shù)說(shuō)明—輕0.125荷—中0.25荷—重0.5—特重1.0頻繁的起升額定載荷(3)起重機(jī)工作級(jí)別的確定17別的劃分，如表2.5所示，可以確定，此汽車式起重機(jī)的工作級(jí)別為A4。表2.5起重機(jī)工作級(jí)別的劃分名義載荷譜系數(shù)利用等級(jí)載荷狀態(tài)—輕0.125—中0.25—重0.5—特重1.03伸縮臂傳動(dòng)方案和臂架截面的確定3.1伸縮臂傳動(dòng)方案的確定節(jié)臂間的伸縮次序關(guān)系不同進(jìn)行分類?！性x用液壓油缸，利用缸體和活塞桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)，推動(dòng)下節(jié)臂的伸縮，和繩索的器件，而輔之以人工安裝插銷等方法伸縮吊臂，這就形成了人力驅(qū)動(dòng)。18這幾種方法往往在小于等于三節(jié)臂的情況下使用。但是，由前面提到的大致可以分為三類。（1）順序伸縮：指吊臂在伸縮過(guò)程中，各節(jié)伸縮臂必須按一定先后順序，完成伸縮動(dòng)作。（2）同步伸縮：指吊臂在伸縮過(guò)程中，各節(jié)伸縮臂同時(shí)以相同的形成比例進(jìn)行伸縮。（3）獨(dú)立伸縮：指吊臂在伸縮過(guò)程中，各節(jié)臂均能獨(dú)立進(jìn)行伸縮。顯然，獨(dú)立伸縮構(gòu)，同樣也可以完成順序伸縮或同步伸縮的動(dòng)作。最后一節(jié)的伸縮可用手動(dòng)的或簡(jiǎn)單的插銷式伸縮機(jī)構(gòu)。個(gè)液壓缸加兩個(gè)滑輪組的伸縮方式。傳動(dòng)方案如圖3.1圖3.1伸縮臂傳動(dòng)方案圖2向外伸出帶動(dòng)第2節(jié)臂伸出，同時(shí)由于鋼絲繩的長(zhǎng)度是不變2向外伸出時(shí)鋼絲繩16變節(jié)臂通過(guò)固定在液壓缸2上的滑輪3外伸出的時(shí)候由于鋼絲繩89使得第四節(jié)臂通過(guò)固定在19三節(jié)臂上的滑輪向外伸出，最終按順序的伸長(zhǎng)，反之縮回過(guò)程同理。3.2伸縮臂架截面的確定3.2.1伸縮臂架的截面形式分類料的利用充分，是伸縮式吊臂設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。以下是目前伸縮式吊臂常見(jiàn)的截面形式(如圖2.2所示):.歸納起來(lái)，伸縮臂可以制成幾種典型箱形截面:矩形、梯形、倒置梯形、五邊形、六邊形、八邊形、大圓角矩形以及橢圓形截面等。能很好地傳遞扭矩和橫向力，需設(shè)附加支承。能得不到充分發(fā)揮，且需設(shè)側(cè)向支承裝置，這是梯形截面的缺點(diǎn)。20和腹板的穩(wěn)定性不是很有利，亦需設(shè)側(cè)向支承。角矩形截面的下翼緣板和腹板的實(shí)際計(jì)算寬度較小，有利于提高抗失穩(wěn)的能力。臂，需要大型軋床，但是隨著工業(yè)的發(fā)展，這兩種形式的吊臂應(yīng)用會(huì)逐漸增多。LIEB班RR的LTM1300起重臂的截面采用了橢圓形截面，其截面上彎板為大DEMAG也使用橢圓形吊臂截面形式。GROVE和TADANO提高腹板的抗屈曲能力。KATOQY50A上也首次使用，其它廠家目前還在使用四邊形截面。目前，橢圓形起重臂的技術(shù)代表最高水平，3.2.2吊臂截面的確定對(duì)吊臂截面的設(shè)計(jì)是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，因此參閱了國(guó)內(nèi)外大量的13%~20%，21下的起升高度急劇降低。因此，在滿足各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的前提下，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，增大吊臂剛度是改善起重性能的重要途徑。因此我從這個(gè)角度來(lái)確定吊臂截面，下面是我確定截面為U型截面的過(guò)程。縮臂的材料一般是16Mn，最好采用高強(qiáng)度的低合金鋼。但在材料確定的條件下，安全儲(chǔ)備均衡的問(wèn)題，從而推動(dòng)吊臂截面從四邊形向六邊形、多邊形、橢圓形、U形發(fā)展。根據(jù)吊臂材料的發(fā)展趨勢(shì)，在最近幾年內(nèi)，材料強(qiáng)度級(jí)別的提高將受到限制，更高強(qiáng)度級(jí)別的材料將很難面世，U形吊臂技術(shù)將是最近幾年內(nèi)的最高臂更輕，性能更強(qiáng)。為了提高起重作業(yè)性能，減輕自重，起重臂截面形狀采用“U”形截面。該種截面是經(jīng)過(guò)優(yōu)化計(jì)算得出的最優(yōu)的截面形式，從而能最大限度地發(fā)揮材料的力學(xué)性能。U型。其高寬比在1.3~1.8范圍之內(nèi)。側(cè)板一般選用薄鋼板，厚度在3.2~8mm范圍內(nèi)，22優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，我們考慮兩個(gè)非常重要的工況:基本臂工況和全伸臂工況。由基其余各節(jié)臂的截面尺寸，然后再由全伸臂工況確定其它節(jié)臂的壁厚。U型的截面最危險(xiǎn)處為四角焊縫處，該處應(yīng)力最大，也是最易產(chǎn)生應(yīng)力集中的地方。U型截面有大的抗彎模量和較高的抵抗局部失穩(wěn)的能力。確定U型為較合理的形狀。U型截面的橫向抗彎剛度和抗扭剛度比其他形式好。U型側(cè)板的上鋼材作用，如上蓋板才高強(qiáng)度，下蓋板采用普通鋼。QAY50全地面起重機(jī)的舉升臂主體材料為合金結(jié)構(gòu)鋼適當(dāng)?shù)倪x取16Mn進(jìn)行加固。上下底板乃至起重機(jī)性能的優(yōu)化的目的。圖3.2.2臂架截面尺寸圖根據(jù)公式=+0.14，四節(jié)的尺寸依次為：455×660、420×600、23385×540、350×480（mm）見(jiàn)圖3.2.24伸縮臂設(shè)計(jì)計(jì)算4.1起重機(jī)伸縮臂尺寸的確定此次設(shè)計(jì)的50噸汽車式起重機(jī)的起升高度為38HG6O見(jiàn)表4.1，選擇吊臂的節(jié)數(shù)為4。主臂尺寸的的確定包含以下的的內(nèi)容：一、吊四、臂架的受力計(jì)算和分析，五、伸縮臂結(jié)構(gòu)的校核。表4.1起重機(jī)吊臂節(jié)數(shù)最大起升高度10～1516～1920～2930～40H(m)吊臂節(jié)數(shù)K32～33～44～54.1.1吊臂跟部鉸點(diǎn)位置的確定設(shè)e為吊臂根部鉸點(diǎn)O至回轉(zhuǎn)中心線的水平距離，h為鉸點(diǎn)O到回轉(zhuǎn)支承裝置上表面的垂直距離，則鉸點(diǎn)O的坐標(biāo)為（e，h）見(jiàn)圖5.1.1。設(shè)是鉸點(diǎn)O至基本臂截面中心線距離，設(shè)下標(biāo)i表示不同位置的值的序號(hào)（i=1，2，…，n）當(dāng)?shù)趇O則：圖4.1.1三鉸點(diǎn)有關(guān)尺寸圖吊臂根部鉸點(diǎn)的位置與吊臂長(zhǎng)度，起升高度和幅度有關(guān)。設(shè)吊臂的工作長(zhǎng)度為lw。即：（4.1）24從而得出=10.2m。式中：H—基本臂的起升高度，H=10.2m。b—吊頭距滑輪組的最短距離，b=1.5m。、—不計(jì)。h—根部鉸點(diǎn)離地距離，參見(jiàn)QAY50的h值，取h=2.4m?！醣垩鼋?，其值小于最大仰角=80°即=0.7amax。即=56°。吊臂根部離鉸點(diǎn)的距離e（4.2）得出吊臂根部離鉸點(diǎn)的距離e=1.73m。所以取距離e=1.73m。吊臂根部鉸點(diǎn)離回轉(zhuǎn)平面的高度為=2.4-0.16-1.4=0.84m式中：——為回轉(zhuǎn)支承裝置的高度，=0.16m。——為起重機(jī)汽車底盤(pán)的高度，=1.4m。將最大起升高度H1帶入公式得出主吊臂最大長(zhǎng)度。（4.3）式中：H1—最長(zhǎng)主臂作業(yè)長(zhǎng)度，=38m。a，r，b，h同上。4.1.2吊臂各節(jié)尺寸的確定主吊臂的最長(zhǎng)長(zhǎng)度是由基本臂結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度和外伸長(zhǎng)度所組成。即（（4.4）25值（a=0.25本臂的工作長(zhǎng)度。=+=+而=++=（K-1）將上式帶入式（4.4）可得=-（K-1）+（K-1）=+（K-1）+（K-1）=+（K-14.5）即38.5=10.2+（4-1）從中可以得出=9.43（m式中：K-為吊臂的節(jié)數(shù)。通常搭接長(zhǎng)度應(yīng)該短些，以減輕吊臂重量。但是，太短將搭接部分反力增大了，此，搭接部分要根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)而定，一般為伸縮臂外伸長(zhǎng)度的1/4—1/5從而得出外伸長(zhǎng)度為=（0.2-0.25m在第i節(jié)臂退回后，除外露部分長(zhǎng)度a外，在前節(jié)（i-1伸出后仍在前節(jié)臂中的那部分搭接長(zhǎng)度，第i節(jié)臂插在前節(jié)臂內(nèi)的長(zhǎng)度為（+假設(shè)第i節(jié)臂的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為，則=++a=+（4.6）各節(jié)伸縮臂插入前一節(jié)都留有一段距離c設(shè)置伸縮油缸的鉸支座和其它的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其大小視情況而定，在此次設(shè)計(jì)中26選擇c=0.55m。因此前后兩節(jié)臂由這樣的關(guān)系，=+c-a（4.7）從式4-6可知，=++a=++a將上述兩式代入式（4.7++a=++c====，從上式可知，后一節(jié)的搭接長(zhǎng)度，臂前一節(jié)的搭接長(zhǎng)度小一些，因?yàn)橐话闱闆r下結(jié)構(gòu)空間c臂外露空間a大一些，得出=+（c-a4.8）此次設(shè)計(jì)共有4節(jié)臂，其最后一節(jié)的搭接長(zhǎng)度為使其等于1/5的外伸長(zhǎng)度，現(xiàn)在和已經(jīng)得出，則根據(jù)式（4.7=0.2+（c-a）=2.186（m）=1.2+（c-a）=9.117（m）=0.2+2×（c-a）=2.486（m）=1.2+2×（c-a）=9.488（m）=0.2+3×（c-a）=2.786（m）=1.2+3×（c-a）=9.848（m）=0.2+4×（c-a）=3.086（m）=1.2+4×（c-a）=10.186（m）各節(jié)臂長(zhǎng)度尺寸的驗(yàn)算需要，=+（K-1）≥1.2+（K-1）c=1.2（+）+（K-1）c（4.9）式中：=1.2×10.186+0.2（4-1）=12.823（m）1.2（+）+（K-1）c=1.2×（9.43+0.2）+（4-1）×0.55=12.632（m）即式（4.9）成立，所計(jì)算各節(jié)臂的長(zhǎng)度滿足要求。27QAY50噸汽車起重機(jī)設(shè)計(jì)各節(jié)臂尺寸的確定，最終確定長(zhǎng)度為:=10.186（m=9.848（m=9.488（m=9.117（m）4.1.3變幅液壓缸鉸點(diǎn)的確定變幅液壓缸的鉸點(diǎn)如圖4.1.3缸，其鉸點(diǎn)離回轉(zhuǎn)中心的距離f取決于雙缸間的距離B,可通過(guò)下式算得：（4.10）由于回轉(zhuǎn)支撐裝置D和吊臂寬度B都與起重能力有關(guān)，一般取D=(2.1～2.4)B。則從式4-10得出，m式中：D-起重機(jī)底盤(pán)直徑，D=2m。從而可以得出鉸點(diǎn)已經(jīng)確定。圖4.1.3三鉸點(diǎn)相互位置圖鉸點(diǎn)在求得和已經(jīng)確定即=0.84m，e=1.73m，所以認(rèn)定鉸點(diǎn)已經(jīng)確定。因?yàn)殂q點(diǎn)離滾道面的距離式構(gòu)造所定，一般取=0.18m。在圖4.1.3.面角是與水平線的夾角，它可由下式求得：（4.11）28式中：=0.84m，=0.18m，=1.73m，=0.9m。從而可以得出：=14.087°。在和確定后，用三角公式求得的位置，在中，其邊角關(guān)系為：在中，=（1.6～1.72（4.12）式中：=2.71m，=80°，=14.087°。長(zhǎng)度的中點(diǎn)處，由利于起重機(jī)的受力分布，使支點(diǎn)能夠達(dá)到最大的作用效果。將上述值帶入式(4.12)得出：=0時(shí)，=7.23或1.01，=50時(shí)，=4.24或1.73，=40時(shí)，=5.59或1.32，在=40時(shí)，比較接近中點(diǎn)值，所以鉸點(diǎn)位置確定為：=40時(shí)，=5.59或1.32，在=5.59時(shí)，根部鉸點(diǎn)的位置落在前方軌道上，=1.32時(shí)，根部鉸點(diǎn)落在后方軌道上。根據(jù)上述計(jì)算，汽車起重機(jī)鉸點(diǎn)的位置已經(jīng)確定。4.2臂架伸縮液壓缸的計(jì)算及選擇4.2.1缸筒內(nèi)徑計(jì)算主臂液壓缸定為1節(jié)，尺寸形狀可按如下進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，當(dāng)主臂仰角為56時(shí)，工作幅度為3米時(shí)，主臂吊最大載荷Q=50T,此時(shí)伸縮缸承受最大壓力T（4.12）伸縮缸在工作時(shí)能夠達(dá)到的工作壓力按30MPa計(jì)算，根據(jù)公式如下=mm(4.13)29式中:D—液壓缸的內(nèi)徑F—最大載荷P—工作壓力可得出，D=159mm,參見(jiàn)表4-2，取D=160mm。表4-2缸桶內(nèi)徑選擇表8101216202532405063801001251602002503204004.2.2活塞桿直徑（1）計(jì)算活塞桿直徑d一般按液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比計(jì)算，公式如下：mm（4.14）式中：D—液壓缸直徑--往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比，參見(jiàn)表4-2-1，選擇=2。可得出：d=113mm；參見(jiàn)表4-2-2，選擇d=125mm。表4-2-1速度比選擇壓力MPa≤1012.5～20≥20速度比1.331.462表4-2-2活塞桿直徑尺寸系列45681012141618202225283235404550566370809010011012514016018020022025028032036030（2）強(qiáng)度驗(yàn)算直桿拉壓強(qiáng)度驗(yàn)算，可按直桿拉壓公式計(jì)算，即（4.15）式中：--活塞桿內(nèi)應(yīng)力。F—液壓缸負(fù)載力。--活塞桿材料許用應(yīng)力，為材料的抗拉強(qiáng)度，材料為45號(hào)鋼，故為600MPa，n為安全系數(shù)，一般取n≥3～5，n取5。將上述值代入，式（4.15）成立，所以強(qiáng)度滿足要求。（3）穩(wěn)定性驗(yàn)算當(dāng)活塞桿直徑與液壓缸安裝長(zhǎng)度之比為110以上時(shí)，活塞桿容易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生縱向彎曲破壞，這時(shí)需要進(jìn)行受壓穩(wěn)定性計(jì)算。界壓縮載荷，再帶入壓桿穩(wěn)定公式進(jìn)行計(jì)算。歐拉公式：(4.16)式中：E—材料的彈性模數(shù)，對(duì)鋼而言，E=MPa。J—活塞桿截面慣性矩，=。L—液壓缸安裝長(zhǎng)度，由文獻(xiàn)〔1L=14.9m液壓缸長(zhǎng)度l=7.5米。--長(zhǎng)度折算系數(shù)，由文獻(xiàn)〔1〕可知，=1。計(jì)算可得=N。壓桿穩(wěn)定公式為：31（4.17）式中：--安全系數(shù)，一般取=3.5。將帶入上式，所得結(jié)果與式（4.15）不符合。參見(jiàn)表4-3-2，重新選擇活塞桿直徑d=140mm。將上述值代入式（4.15）進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，式（4.15）成立，即滿足強(qiáng)度要求。所得=26.4N。將上述數(shù)值再次代入式（4.17得結(jié)果與式（4.17）相符合，可以確定尺寸為d=140mm4.2.3缸筒壁厚及外徑計(jì)算液壓缸壁厚和外徑由強(qiáng)度條件確定（1）缸筒壁厚的確定缸筒分為2D筒。對(duì)薄壁缸筒(4.18)式中：--液壓缸的耐壓試驗(yàn)壓力，當(dāng)P＜16MPa時(shí)，=1.5P。當(dāng)P＞16MPa時(shí)，=1.25P，P為液壓缸工作壓力為30MPa。--缸筒材料的許用應(yīng)力，,45號(hào)鋼取=600MPaN為安全系數(shù)，一般取N=5。D—缸筒內(nèi)徑D=160mm。將上述數(shù)值代入式（4.18）可得，=25mm。此時(shí)，不滿足式，所以所求液壓缸不是薄壁缸筒，為厚壁缸筒。對(duì)厚壁缸筒32（4.19）通過(guò)上式求得=9.13，取整為=10mm。即所得缸筒壁厚為10mm。（2）缸筒外徑計(jì)算缸筒外徑為（4.20）所得結(jié)果為=180mm。通過(guò)計(jì)算得出液壓缸的基本參數(shù)為：缸筒內(nèi)徑：160mm活塞桿直徑：140mm缸筒外徑：180mm根據(jù)上述數(shù)值，參見(jiàn)徐工液壓件廠的伸縮缸技術(shù)參數(shù)選擇液壓缸的參數(shù)如下：缸徑：160，桿徑：140，工作壓力：20Mpa，實(shí)驗(yàn)壓力：25Mpa，行程：7500。4.3伸縮臂受力計(jì)算4.3.1吊臂在變幅平面承受的載荷起升繩拉力T：式中：--額定起重質(zhì)量--吊鉤質(zhì)量--吊臂動(dòng)力系數(shù)m--吊鉤滑輪組的倍率--滑輪組效率由設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得，=10t、=1050kg、=1.15、m=1、=0.98計(jì)算得到：T=138370N計(jì)算時(shí)將起升繩拉力T分解為平行吊臂軸線方向的分力和垂直吊臂軸線方向的33分力；將垂直載荷Q分解為垂直吊臂軸線方向的分力β和平行吊臂軸線方向的分力。伸縮臂在變幅平面受力情況如下Q=1.15（10000+1050）9.8=124533.5NQ和起升繩拉力T對(duì)吊臂軸線偏心引起的力矩為：式中：e1------臂端定滑輪與吊臂軸線的偏心距e2------臂端導(dǎo)向滑輪與吊臂軸線的偏心距β------伸縮臂在變幅平面傾角=5.8868-4.1608=1.7260N?M由起升載荷以及吊臂重量引起的垂直載荷Q為：4.3.2吊臂在旋轉(zhuǎn)平面承受的載荷伸縮臂在旋轉(zhuǎn)平面視為根部固定、端部自由的懸臂梁。它承受的軸向力與在T=R+T1F可以分解為當(dāng)?shù)醣叟詮潟r(shí)不變方向的軸向力R和變方向軸向力伸縮臂在旋轉(zhuǎn)平面的側(cè)向載荷包括貨物的偏擺載荷類型擺角輕型中型重型特重3°4°5°6°表4-3-2擺角α=4°,則34S貨原來(lái)作用于臂端定滑輪的軸心處，因此吊臂還受有扭矩可知=3.635N?M4.3.3伸縮臂的剛度校核變幅平面考慮起吊額定載荷，并處于相應(yīng)工作幅度時(shí)，臂端在平面內(nèi)的靜位移。旋轉(zhuǎn)平面除考慮軸向壓力影響，還需考慮在上述載荷和端部附加額定起升載荷5％的側(cè)向載荷同時(shí)作用下的臂端側(cè)向靜位移。（1）變幅平面（4.21）F--吊臂承受的軸向力-吊臂在變幅平面的臨界力--吊臂在軸向壓力F=0的情況下，僅由變幅平面橫向載荷引起的臂端撓度ΔZ--在變幅平面內(nèi)相鄰兩節(jié)臂之間的橫向間隙并假定各節(jié)臂之間的間隙均相等，間隙的大小由使用要求和工藝條件決定，通常ΔZ=1～3mmK--伸縮臂的節(jié)數(shù)、--伸縮臂的幾何尺寸--伸縮臂的許用撓度，單位為m--伸縮臂臂長(zhǎng)（m）35（2）旋轉(zhuǎn)平面（4.22）式中：--吊臂在旋轉(zhuǎn)平面的臨界力—吊臂在軸向壓力F=0Δy—在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)相鄰兩節(jié)臂之間的側(cè)向間隙即不計(jì)自重和動(dòng)力系數(shù)。（3）伸縮臂的剛度參數(shù)的計(jì)算臨界力：計(jì)算E=200Gpa式中：--由伸縮臂在旋轉(zhuǎn)平面的支承條件決定的長(zhǎng)度系數(shù)，此處取2--由變截面伸縮臂決定的長(zhǎng)度系數(shù)；--起升鋼絲繩影響的長(zhǎng)度系數(shù)；--第一節(jié)臂（基本臂）的截面慣性矩。變截面吊臂決定的長(zhǎng)度系數(shù)下：36（4.23）式中：--第i節(jié)臂伸出后的長(zhǎng)度與吊臂全長(zhǎng)比；--第i節(jié)臂的截面慣性矩；--第一節(jié)臂（基本臂）的截面慣性矩。計(jì)算如下：=表4-3-3臂架受力R基本臂0.00360.0190.00330.00120.2245°0.27二節(jié)臂0.003360.0190.0030.00100.2145°0.52三節(jié)臂0.003080.0190.00270.00100.2045°0.77四節(jié)臂0.00280.0170.00220.0090.1845°1則可帶入公式,計(jì)算出:=0.77起升繩長(zhǎng)度系數(shù)伸縮臂采用油缸變幅，起升鋼絲繩對(duì)吊臂產(chǎn)生有利影響。長(zhǎng)度系數(shù)可由下式計(jì)算:1L1210.71c3(msia)H1可知道=3.3410N37變幅平面的臨界力求臨界力時(shí)，伸縮臂在變幅平面情況與旋轉(zhuǎn)平面主要有兩點(diǎn)不同:一是吊臂的影響，即變幅平面臨界力計(jì)算式為:變幅平面的臂端撓度變幅平面內(nèi)的箱型多節(jié)伸縮臂在臂端橫向載荷的作用下產(chǎn)生的彎曲變形,若伸縮臂有K節(jié),則臂端撓度可按以下公式計(jì)算:同理可求:旋轉(zhuǎn)平面的臂端撓度參照伸縮臂在變幅平面由側(cè)向載荷引起的臂端撓度的計(jì)算方法可以寫(xiě)出伸吊臂撓度相應(yīng)計(jì)算式。原理和變幅平面相同,得到=0.069m，=0.780m則可得校核結(jié)果,此舉臂在這種工況下剛度合適.4.3.4伸縮臂的強(qiáng)度校核伸縮臂計(jì)算截面角點(diǎn)正應(yīng)力直接可按下式計(jì)算：、表4.3.4臂架受力/m/m/N.mm/N.mm/Mpa38基本臂0.00320.00729.949.80480.37二節(jié)臂0.00290.00667.347.23391.15三節(jié)臂0.00240.00724.814.66284.38四節(jié)臂0.00200.00811.723.63123.32為885mpa，滿足條件。5伸縮臂有限元分析在ANSYS為有限元模型D>很長(zhǎng)。QAY50起重機(jī)采用四節(jié)伸縮式U39縮液壓缸、雙繩排滑輪機(jī)構(gòu)（兩伸、兩縮）以實(shí)現(xiàn)二、三、四節(jié)吊臂同步伸縮。ANSYS為工具來(lái)進(jìn)行分析?；诘醣鄣膶?shí)際工況較多,現(xiàn)僅以全伸臂工況為例，進(jìn)行QAY50起重機(jī)伸縮吊臂結(jié)構(gòu)有限元的分析過(guò)程。5.1伸縮吊臂有限元模型建立(一)實(shí)體建模ANSYS性，必須以吊臂的真實(shí)工況位置（仰角θ）進(jìn)行建模，亦即先要計(jì)算仰角θ的大小，再激活工作平面（workplaneθ角，在工作平面內(nèi)造ANSYS強(qiáng)大的造型功能，如：拉伸、移動(dòng)、拷貝、布爾加減運(yùn)算、粘接等，可方便地建模。(二)單元選取及網(wǎng)格劃分圖板基爾霍以同時(shí)選用840已有的網(wǎng)格，但不會(huì)刪除所指定的屬性。最終形成吊臂的有限元模型規(guī)模.各節(jié)臂筒體采用自由（freemappedsweep）形狀畸形。(三)滑塊接觸處模型處理必須解決各節(jié)臂與滑塊間的連接問(wèn)題。首先考慮用ANSYS中的接觸單元來(lái)分析，但由于該算例中，單元數(shù)頗多，模型規(guī)模大，且有12處接觸（四節(jié)臂上下有12我們運(yùn)用另外一種方法——度則不能耦合，應(yīng)當(dāng)釋放了達(dá)到此目的先要旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)角度即為仰角θ，利用各節(jié)臂與滑塊在同一位置節(jié)點(diǎn)（CoincidentNode）間的耦合，可方便地實(shí)現(xiàn)12個(gè)滑塊與吊臂對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的耦合。(四)加載及約束處理41處創(chuàng)建硬點(diǎn)（Hardpoints約束處理：基本臂尾部與轉(zhuǎn)臺(tái)鉸接處，約束3個(gè)方向平移自由度（UX、UY、U