浅析起重机吊臂结构的有限元分析与优化

浅析起重机吊臂结构的有限元分析与优化

发表时间：2019-04-08T09:26:17.523Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第34期作者：黄浩

[导读] 以起重机吊臂为分析对象，采用CEＲO软件建模，以有限元分析软件ANSYSWorkbench为平台，在各种典型的工作条件下对起重机臂进行有限元分析

广东省特种设备检测研究院珠海检测院 519000

摘要：以起重机吊臂为分析对象，采用CEＲO软件建模，以有限元分析软件ANSYSWorkbench为平台，在各种典型的工作条件下对起重机臂进行有限元分析，并利用ansys软件对基础臂的截面参数进行优化。将目标函数设置为起重机臂的重量，并对其进行优化，以满足强度和刚度作为约束的要求。计算最合理的结构以节约成本。

关键词：CEＲO 软件建模 ANSYS Workbench 有限元分析结构优化

引言：随着我国起重机行业的不断壮大，起重机吊臂结构有限元的问题引起了人们的重视。市场反馈的信息及客户需求，制定了 2013—

2014 年度随车起重机吊臂结构优化设计指标及措施：

1．吊臂采用HG70高强度结构钢，强度提高10%。相比HG60钢重量降低6%。

2．吊臂最大工作幅度同比国内同型号产品增加8%，10 t机型基本臂达到 4500 mm，工作范围增加 8%。 3．吊臂优化设计，筒体焊缝减少到道焊缝，焊缝长度降低到同类型号的1 /4 ～ 1 /2（其他机型有的多达8条焊缝，对焊接要求很高），且大大减少焊后校正的工作量。

4．吊臂增加了滑块接触点与接触面积，提高了吊臂的可靠性。采用4点支撑，加大滑块面积。 5．吊臂内置伸缩机构，设计上采用了具有部分带载伸缩的结构，整个吊臂整洁美观，保护伸缩机构效果好，内部采用全钢滑轮及重载轴承，且具有一定的带载伸缩能力。

吊臂的结构形式主要由吊臂本体结构：即各吊臂的截面形状，吊臂工作长度，加强结构，伸缩机构设计决定。对吊臂本体结构和伸缩机构进行了优化设计。

1 吊臂本体结构设计

吊臂大都采用以高强度钢板为主的箱形截面，国内起重机吊臂的截面形式主要有四边形、五边形、六边形、八边形等，而中小吨位的起重机吊臂截面形式以五边形居多。国外的起重机发展时间较长，吊臂的截面形式主要是优化设计过的圆角化多边形、椭圆形、U 形等，如德国和意大利的起重机吊臂截面主要以椭圆形居多，而国内只有徐工的大型全路面起重机才使用这样的截面形式。国内的起重机的吊臂结构基本上都是两块钢板折弯后对焊，整体结构粗糙且不够合理。选用了强度较好，工艺性好的六边型截面，并对起重机吊臂结构进行合理的力学分析和优化设计，可以在保证吊臂结构强度和刚度的前提下，较好地选择吊臂截面形状与尺寸，从而减轻吊臂的自重，进而可以提高吊臂的整体起重性能。对于吊臂结构的研究，如果采用传统的力学方法来设计和分析起重机吊臂，不但计算量巨大，理论模型与实际相差远，而且精度较低，设计师为了保证吊臂结构的安全性和可靠性，往往采取加大安全系数的方法来设计，这样制造出来的起重机就显得粗糙和笨重。领域里广泛应用的有限元法与 CAD 技术相结合，来共同实现“设计－评价－再设计”任务的分析自动化，先CEＲO 进行建模，然后利用整合在一起的有限元软件 AN-SYS WOＲKBENCH 对吊臂进行各种典型工况的有限元分析，大大缩短了对其结构进行研究设计和分析的循环周期，提高了产品可靠性，降低了材料的消耗和生产成本，因此具有良好的社会效益和经济效益。 CEＲO详细建模，各个截面尺寸确定及 ANSYS WOＲK-BENCH 联合分析，具体见图 1 ～ 8。

结束语：根据改型吊臂的设计成果，先后对5 t三节臂，6．3 t 四节臂，8 t四节臂，12 t四节臂，9 t二节臂进行了系列化的优化设计，均取得了明显效果。目前从 5 ～ 12 t 的吊臂产品均以批量上市，取得了良好的经济效益。

参考文献

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[2]马俊.折臂式随车起重机底座有限元分析[J].起重运输机械.2014（07）

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[5]陈静.汽车起重机轻量化技术及安全评价[J].工程机械与维修.2013（12）