三种工况下大型吊臂的有限元分析
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汽车起重机吊臂的有限元分析
形状 示 意 图如 图 ｌ 示 。 所
图 １ 吊臂截 面形状示意图
传 统 意 义 上 对 于 汽 车起 重 机 吊臂 的 设 计 只 局 限于 手工 计算 ，而且 一般 都 是经验 公式 ，尤 其对 吊 臂 的应 变 分析采 用 贴应 变 片的方 法 ，其 计算 量大 而
收 稿 日期 ：２ ０ － １０ ０ ６ １－ ８ 基 金 项 目： 辽 宁 省 重 大 科 技 攻 关 项 目 （０ ６ １０ ８４ ２ ｏ ２ ９ ０ －Ａ） 作者简介：杨 晶 （９ ２ ） １ ８一 ，女，山东沂水人 ，硕士生 。 李卫 民（９ ５ ） １６ － ，男 ，辽宁朝阳人 ，教授，博士 。
汽 车起重机 吊臂 的有 限元分析
杨 晶 ，李 卫 民 ，刘 玉 浩 ２
（ ．辽 宁工 业大 学 机械 工 程与 自动 化学 院 ，ｉ宁 锦 州 １１０ ；２ １ ｆ ＿ ２０ １ ．空军 第三 飞行 学院 。Ｌ宁 锦 州 １１０ ） Ｔ ＿ ２ ００
摘
要 ：以 Ａ Ｓ Ｓ软件为工具 ，详细介绍 了汽车起重机 吊臂 的各个臂段在不 同工况下 的有 限元分析过程 ，包 ＮＹ
ｃ ａ ｅｂ ｏｍ ｅ ｄ ｒ ｄ． ｒ ｎ ｏ ｒቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｅｅ
吊臂 是汽 车起 重机 的重 要 组成 部分 。它 承 受着 起重 机 的各种 外载 荷 ，一 般 占总机 重量 的 ２％，耗 ０
钢量 大 。随着起 重 量 的不 断 增大 ，其 吊臂 的重 量也
且无法保证计算 的精度。近年来，随着起重机的不
维普资讯
第２ 第３ ７卷 期 ２ ０ 年 ６ 月 ０７
辽 宁 工 学 院 学 报
Ｊ ｒ ａ ｆＬｉｏｎ ｎ ｎ ｔｔ ｅｏｆ ｃ ｏ ｏ ｙ ｏｕ ｎ ｏ ａ ｉ ｇ Ｉ ｓ ｕｔ ｈｎ ｌ ｇ ｌ ｉ Ｔｅ
图 １ 吊臂截 面形状示意图
传 统 意 义 上 对 于 汽 车起 重 机 吊臂 的 设 计 只 局 限于 手工 计算 ，而且 一般 都 是经验 公式 ，尤 其对 吊 臂 的应 变 分析采 用 贴应 变 片的方 法 ，其 计算 量大 而
收 稿 日期 ：２ ０ － １０ ０ ６ １－ ８ 基 金 项 目： 辽 宁 省 重 大 科 技 攻 关 项 目 （０ ６ １０ ８４ ２ ｏ ２ ９ ０ －Ａ） 作者简介：杨 晶 （９ ２ ） １ ８一 ，女，山东沂水人 ，硕士生 。 李卫 民（９ ５ ） １６ － ，男 ，辽宁朝阳人 ，教授，博士 。
汽 车起重机 吊臂 的有 限元分析
杨 晶 ，李 卫 民 ，刘 玉 浩 ２
（ ．辽 宁工 业大 学 机械 工 程与 自动 化学 院 ，ｉ宁 锦 州 １１０ ；２ １ ｆ ＿ ２０ １ ．空军 第三 飞行 学院 。Ｌ宁 锦 州 １１０ ） Ｔ ＿ ２ ００
摘
要 ：以 Ａ Ｓ Ｓ软件为工具 ，详细介绍 了汽车起重机 吊臂 的各个臂段在不 同工况下 的有 限元分析过程 ，包 ＮＹ
ｃ ａ ｅｂ ｏｍ ｅ ｄ ｒ ｄ． ｒ ｎ ｏ ｒቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｅｅ
吊臂 是汽 车起 重机 的重 要 组成 部分 。它 承 受着 起重 机 的各种 外载 荷 ，一 般 占总机 重量 的 ２％，耗 ０
钢量 大 。随着起 重 量 的不 断 增大 ，其 吊臂 的重 量也
且无法保证计算 的精度。近年来，随着起重机的不
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第２ 第３ ７卷 期 ２ ０ 年 ６ 月 ０７
辽 宁 工 学 院 学 报
Ｊ ｒ ａ ｆＬｉｏｎ ｎ ｎ ｔｔ ｅｏｆ ｃ ｏ ｏ ｙ ｏｕ ｎ ｏ ａ ｉ ｇ Ｉ ｓ ｕｔ ｈｎ ｌ ｇ ｌ ｉ Ｔｅ
轮式起重机几种典型形状伸缩式吊臂的有限元分析与研究
轮式起重机几种典型形状伸缩式吊臂的有限元分析与研究卢世坤;王明【摘要】吊臂是轮式起重机的主要工作部件，其受力安全工作极为重要，又轮式起重机的吊臂截面形式有多种，文章对几种典型截面吊臂进行了载荷分析研究。
以pro/E为建模工具，在吊臂同样长度、同样厚度、同样总重等前提下对各形状截面进行了建模，并以pro/E有限元分析模块Pro/mECHANICA为分析工具，相同的工况下，得出这几种典型截面吊臂的应力值和应力分布规律以及吊臂受力变形情况，为吊臂的改进设计提供有力的参考，也为起重机吊臂截面形状的选择提供了依据。
【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】3页(P42-44)【关键词】轮式起重机;吊臂;截面;有限元分析;研究【作者】卢世坤;王明【作者单位】莱芜职业技术学院，莱芜271100;莱芜职业技术学院，莱芜271100【正文语种】中文【中图分类】TH2130 引言吊臂是起重机的主要工作部件，因为通过它把重物提到一定的高度，所以，吊臂的的受力时安全工作是起重机设计的必要条件，这就要求起重机的吊臂强度和刚度必须足够。
用有限元法进行吊臂结构强度和刚度分析优点很多：一方面是准确、经济和可靠；另一方面是还可以得出工作部件在不同工况和界面形式下的应力分布，为设计方案的选择和改进提供了有力的依据。
1 伸缩臂结构伸缩式起重机吊臂大多用钢板焊接而成，现伸缩臂大多制成箱型，主要有方形、矩形、圆角矩形、八边形、六边形、倒置梯形、梯形、六边形、椭圆形和三边加半圆组成的截面形状等；具体如图1所示。
图1 起重机吊臂截面形状示意图以上几种伸缩臂的截面在不考虑制作工艺的情况下，究竟哪种可以承受较大的弯矩及强度？哪种结构稳定性更好？下面对之进行有限元分析研究。
2 受力模型考虑到设计起重机时，要求对起重的设计尽量轻量化，又为方便分析，需要对实际组成各吊臂截面的腹板进行了简化。
所以，在分析以上各种不同截面形状的吊臂受力状况时，吊臂的的设计满足以下条件：1）组成以上各种吊臂截面形状的各腹板厚度相同；2）以上各截面吊臂长度相同和质量大致相同；3）除正方形截面吊臂以外，其他各吊臂截面的设计宽度与高度之比大致相等，即有：图2 各吊臂截面尺寸示意图其中：t 为各吊臂截面的宽度与高度之比。
超高门式起重机有限元分析及抗倾覆稳定性计算
精度 特性 的起 重机 挠 度 的规 定 ， 直 静 挠度 ＿ 垂 厂与跨
要保 证 门机在 满载 工作 状态 和空 载非 工作 状态
下 结构 安全 可靠 ， 须对 其 在 各 状 态 下 的结 构 强 度 必
及 稳定 性 进 行 分 析 校 核 。 由 于 起 重 机 结 构 的 复 杂
性 ， 用传 统手 工计 算 很 难 得 到 准 确 的强 度分 析计 应
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈｅ ｌｆｉ ｉ ｆｇ ｎｔ ｙｃ ａ ｅ ｉ ０ ｍ ， ｈｉｈ ｉ ｏｗ ｉ ｇ ｅ ｅ ｔ ｄｏｎ ｔ ｅｌ ｗ ｉｅ ｒｄ ｅ ｈｏ — — ｓｒｃ ： ｉｔｎｇ ｈｅｇｈｔｏ ａ ｒ ｒ ｎ ｓ ５ ｗ ｃ ｓｎ ｂｅｎ ｒ ｃ ｅ ｈｅ ｙ ｌｏ ｒｖ ｒ ｂ ｉｇｅｏｆＤ ｚ ｕ Ｄａ
Ｓ Ｍ ｉｅ ， ｓｓ Ｍ ｕ ｔｐ ｅ ｓ ｃ ｏ ｐ ｉ ｔ ｌ ｌ ｅ ｔ ｎ ｏ ｎ ｓ ｉ ｉ
贴合 ， 故支 腿 底 部 在 Ｘ 方 向的平 动 被 约束 ； ）由于 ２ 车 轮 与轨道 之 间不 允 许 有 相 互 脱 离 ， 支 腿 底部 端 故 面 在 ｙ 方 向的平 动被 约束 ； ）由于支 腿在 承受 压力 ３
新技 术新 工艺
２１ ０ ２年
第 ８期
超 高门 式起 重机 有 限元 分析 及抗 倾 覆稳 定性计算
张 莹洁 ， 永 前 ， 翠 兰 ， 齐 代 高艳 东
（ 中铁 一 局 集 团 建 ． 机 械 有 限公 司 ， 西 西 安 ７ ０ ５ ） Ｔ － － 陕 １ ０ ４
摘
要 ： 大铁路 黄 河 大桥 架设 用 门式起 重机 吊装要 求起 升 高度 为 ５ ｌ如 此 高的起 升 高度 提 高 了 德 ０ ｒ， ｆ
要保 证 门机在 满载 工作 状态 和空 载非 工作 状态
下 结构 安全 可靠 ， 须对 其 在 各 状 态 下 的结 构 强 度 必
及 稳定 性 进 行 分 析 校 核 。 由 于 起 重 机 结 构 的 复 杂
性 ， 用传 统手 工计 算 很 难 得 到 准 确 的强 度分 析计 应
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈｅ ｌｆｉ ｉ ｆｇ ｎｔ ｙｃ ａ ｅ ｉ ０ ｍ ， ｈｉｈ ｉ ｏｗ ｉ ｇ ｅ ｅ ｔ ｄｏｎ ｔ ｅｌ ｗ ｉｅ ｒｄ ｅ ｈｏ — — ｓｒｃ ： ｉｔｎｇ ｈｅｇｈｔｏ ａ ｒ ｒ ｎ ｓ ５ ｗ ｃ ｓｎ ｂｅｎ ｒ ｃ ｅ ｈｅ ｙ ｌｏ ｒｖ ｒ ｂ ｉｇｅｏｆＤ ｚ ｕ Ｄａ
Ｓ Ｍ ｉｅ ， ｓｓ Ｍ ｕ ｔｐ ｅ ｓ ｃ ｏ ｐ ｉ ｔ ｌ ｌ ｅ ｔ ｎ ｏ ｎ ｓ ｉ ｉ
贴合 ， 故支 腿 底 部 在 Ｘ 方 向的平 动 被 约束 ； ）由于 ２ 车 轮 与轨道 之 间不 允 许 有 相 互 脱 离 ， 支 腿 底部 端 故 面 在 ｙ 方 向的平 动被 约束 ； ）由于支 腿在 承受 压力 ３
新技 术新 工艺
２１ ０ ２年
第 ８期
超 高门 式起 重机 有 限元 分析 及抗 倾 覆稳 定性计算
张 莹洁 ， 永 前 ， 翠 兰 ， 齐 代 高艳 东
（ 中铁 一 局 集 团 建 ． 机 械 有 限公 司 ， 西 西 安 ７ ０ ５ ） Ｔ － － 陕 １ ０ ４
摘
要 ： 大铁路 黄 河 大桥 架设 用 门式起 重机 吊装要 求起 升 高度 为 ５ ｌ如 此 高的起 升 高度 提 高 了 德 ０ ｒ， ｆ
塔式起重机起重臂结构和稳定性有限元分析
最大应力 （EF1 ）
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பைடு நூலகம்
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机电工程技术 !""# 年第 $% 卷第 & 期
经验交 流
分类 （D ）轴标志栏公式不变。见图 55 。 继 续 点 击 添 加 系 列 $ ， 写 入 值 ： E’FG’HG55IG0JG55 ， 分类 （D ）轴标志栏公式不变。 继 续 点 击 添 加 系 列 % ， 写 入 值 ： E’FG’HG5$IG0JG5$ ， 分类 （D ）轴标志栏公式不变。 继 续 点 击 添 加 系 列 # ， 写 入 值 ： E’FG’HG5%IG0JG5% ， 分类 （D ）轴标志栏公式不变。 继 续 点 击 添 加 系 列 ; ， 写 入 值 ： E’FG’HG5!IG0JG5! ， 分类 （D ）轴标志栏公式不变。 六条线的数据 源 都 添 加 完 成 后 ， 点 击 下 一 步 ， 在 图 表 标 题 栏 中 写 入 “均 值 图 ” 。最后点击完成，均值图即创建 完毕。使用者需要根据 样 本 数 据 值 的 大 小 对 数 值 轴 的 刻 度 进行调整，然后调整均 值 图 的 版 面 尺 寸 并 将 它 放 到 合 适 的 位置，如图 5 所示。
$ ’()*$" 塔机起重臂稳定分析
（< ）起重臂结构分析及计算工况 双 吊 点 水 平 臂 架 结 构 简 图 见 图 !。 它 属 于 一 次 超 静 定 结构，在起升平面内臂架可视为两跨连续外伸梁，所受 载 荷 为 固 定 载 荷 （包 括 臂 架 和 变 幅 机 构 自 重 ） 和 移 动 载 荷 （包 括 吊 重 、 吊 钩 、 钢 丝 绳 和 载 重 小 车 ） ；在回转平面 内可视为悬臂梁，所受载荷为侧向风载和回转惯性力；
汽车起重机吊臂的有限元分析
第27卷第3期 辽 宁 工 学 院 学 报 V ol.27,No.32007年 6 月 Journal of Liaoning Institute of Technology Jun.2007收稿日期：2006-11-08基金项目：辽宁省重大科技攻关项目（2006219008-4A ） 作者简介：杨 晶(1982-)，女，山东沂水人，硕士生。
李卫民(1965-)，男，辽宁朝阳人，教授，博士。
汽车起重机吊臂的有限元分析杨 晶1，李卫民1，刘玉浩2（1．辽宁工业大学 机械工程与自动化学院，辽宁 锦州 121001；2. 空军第三飞行学院, 辽宁 锦州 121000）摘 要：以ANSYS 软件为工具，详细介绍了汽车起重机吊臂的各个臂段在不同工况下的有限元分析过程，包括实体建模、网格划分、载荷和约束的处理；并对汽车起重机吊臂进行了优化设计。
得出的结论为汽车起重机吊臂的设计提供了可靠的依据。
关键词：吊臂；工况；有限元分析；优化设计中图分类号：TP391.72 文献标识码：B 文章编号：1005-1090(2007)03-0195-03Finite Element Analysis of Truck Crane BoomYANG Jing 1，LI Wei-min 1，LIU Yu-hao 2（1．Mechanical Engineering & Automation College, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China ；2.The 3rd Flight Institute of Airforce, Jinzhou 121000,China ）Key words: boom; work condition; finite element analysis; optimal designAbstract: By means of ANSYS software, finite element analysis of every boom of truck crane under different work condition was described in detail. Its procedure was expatiated, which included solid modeling, meshing, applying loads ；optimal design of the boom was analyzed. Valuable conclusions in application were obtained, with a credible theory foundation for the design of the truck crane boom rendered.吊臂是汽车起重机的重要组成部分。
高空车臂架有限元分析及修复工艺
， ，
．
6
,n
m
现 有板厚
。
m
( 按 实测 ) 腐蚀
2 8 3 ％ 。 其他 四 种 型 号 高架 车 臂 按 3 0 ％ 的 情 况 计算 强 度 。
坐标 系
照 在 设 计 板厚 出现 均 匀腐 蚀
一
原 点 在第
悬 臂 横 界 面 的 中心 点 上
，
，
右手 坐 标 系
，
。
x
3
接 受标 准
下 部 板 的压 应 力 较 大 造 成 失 稳 失 效 的 可 能 性 很 大
v e r
；F E M
a n a
ly s is
；r e
p ir in g pr
du
r eቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
引
言
2 1／ GKS
一
2 I／ GKS
一
KS 2 5／
一
25
(A ) )进 行 了 有 限 元 ( F E M )强
，
中远 船 务 所 属 企 业 拥 有 数 量 众 多 的 自走式 高 空 作 业
车 某 下 属 企 业 曾发 生 高 空 车 臂 架 折 弯 事 故 为 确 保 自走
，
度 校 核 校 核 理 念 是 以 原 设 计 为 基 础 分 别考 虑 高 架 车 悬
。
。
臂均 匀腐蚀 到
过
2
10 ％
、
20％
。
、
30 ％
，
以 及 S P 2 10 局 部 腐蚀 超
式 高空 作业 车 在生 产 中 的 合 理 使 用
，
，
保障 员 工 和 设 备 的
10 ／ JDGKS
．
6
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m
现 有板厚
。
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( 按 实测 ) 腐蚀
2 8 3 ％ 。 其他 四 种 型 号 高架 车 臂 按 3 0 ％ 的 情 况 计算 强 度 。
坐标 系
照 在 设 计 板厚 出现 均 匀腐 蚀
一
原 点 在第
悬 臂 横 界 面 的 中心 点 上
，
，
右手 坐 标 系
，
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接 受标 准
下 部 板 的压 应 力 较 大 造 成 失 稳 失 效 的 可 能 性 很 大
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r eቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
引
言
2 1／ GKS
一
2 I／ GKS
一
KS 2 5／
一
25
(A ) )进 行 了 有 限 元 ( F E M )强
，
中远 船 务 所 属 企 业 拥 有 数 量 众 多 的 自走式 高 空 作 业
车 某 下 属 企 业 曾发 生 高 空 车 臂 架 折 弯 事 故 为 确 保 自走
，
度 校 核 校 核 理 念 是 以 原 设 计 为 基 础 分 别考 虑 高 架 车 悬
。
。
臂均 匀腐蚀 到
过
2
10 ％
、
20％
。
、
30 ％
，
以 及 S P 2 10 局 部 腐蚀 超
式 高空 作业 车 在生 产 中 的 合 理 使 用
，
，
保障 员 工 和 设 备 的
10 ／ JDGKS
重型清障车吊臂的有限元应力分析
援清障系统（ 上车） 两大部分组成． 救援清障系统 为 全液 压动 力驱 动 。 由二节 伸缩 式 箱形 吊臂 、 右 左 绞车、 托架 、 车架 、 后 活 动 支腿 和救 援 附件 构 副 前 成 ． 作时 。 用 托 架将 前 桥 或 后 桥 托起 ， 发 生 工 可 使 故 障或事故 的车 辆 及 时 脱离 现 场 ； 吊臂 与 液 压 绞 盘配合 。 可扶正倾 翻车辆 。 使其便于托拖或牵引． 本车装备有两 台液压绞盘 ， 可对损坏 车辆提供拖 曳 功 能． 吊臂 可 上 下伸 缩 ， 强 了救援 的灵 活 性 ， 增 加 大 了起重 能 力 （ 吊臂 结 构如 图 ２所示 ） 托 架 可 ． 选择 使用 多种 托举 工 具 ， 于处 理 不 同 的事 故 车 用 辆 ， 括小 汽 车 、 包 车 、 、 、 型 卡 车 、 装 包 面 轻 中 重 集 箱、 牵引车 、 半挂车等． 托架采用快速分拆式设计 ， 以方便维修或更换． 吊臂在 进行 清 障 、 援 作 业 时 承 受 的 载荷 工 救 况 比较 复杂 ， 传 统设 计 过 程 中 只是 根 据 经 验确 在 定其 尺寸 （ 数 ） 缺 乏 精 确 的 应 力 计 算 方 法 ． 参 ， 设 计 开发 出的产 品 ， 使 用 过 程 中会 发 现 一 些 局 部 在
摘要 ： 利用有 限元分析技术 ， 对重 型清障车吊臂的应力进行分析 计算 ， 出各结 构部件在 不 同工 况下的 得
应力分布 图． 分析计算结果 ， 出结构不 合理 之处 ， 出改进 意 见 ， 找 提 进而 为产 品的优 化设计 提供 理论 依
据．
关
键
词 ： 型清 障车 ； 重 吊臂 ； 限元分析 ； 有 应力
文献标识码 ： Ａ
中 图分 类 号 ： ６ ． ９ Ｕ ４９ ６ ２
汽车起重机吊臂的有限元分析共60页文档
汽车起重机吊臂的有限元分 析
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
谢谢！Biblioteka 36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
谢谢！Biblioteka 36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
吊斗铲吊臂在不同倾角下的有限元强度分析
关键词 ： 吊斗铲 ； 吊臂倾角 ； 限元 有
中 图分 类 号 ：Ｄ ２ ． Ｔ ４２２ ３ 文献标识码 ： Ａ
摘
要： 吊臂是吊斗铲 的主要承力构件 ， 采用不 同的安装倾角 ， 将直 接影响 吊斗铲的作业 半径 、 业高度 及其 承载 作
能力． 吊臂的主梁与 弦杆 是由不 同型号 的型钢及钢管焊接而 成 ， 用有 限单元法进行 分析是 求解 其应力和 变形的 使 有效方法． 借助 Ａ Ｓ Ｓ软件分析 吊臂在不同倾角工作 时的应力及位移分布 规律 ， ＮＹ 能够判 断其强度和 刚度 是否满足 要求 ， 也为吊臂找到最佳倾角 的工作位置 ， 提供充分的分析依据．
元 类 型选 择 提 供 的梁 单 元 ， 种 这 径
等 ５种 不 同型 号 的钢 管 组成 ． 主拉索 直
， 助拉 索直径 辅 ． 吊臂 材料 的弹
性模 量 ＝
＝
，
， 泊松 比 ＝ ． ， 许用应 力 ［ ］
主拉 索 及 辅 助 拉 索 的 弹 性 模 量 ＝
上， 为保证工作可靠， 还在吊臂的中间位置设置 ２根
辅助拉索． 吊斗 铲 的铲 斗工 作 时会 发生 摆 动 ， 造成 钢 丝绳与天轮磨 损 ， 为减 轻磨 损 ， 用将 吊臂端 头 的天 采
图 １ 吊斗铲 的 结构 示 意 图
Ｆｉ Ｓ ｒ ｔ ａｌｓ ｔ ｈ ｏｆｔ ｅ ｄ ａ ｉ ｅ ｇ．１ ｔ ｕｃ ｕｒ ｋｅｃ ｈ ｒ ｇｌｎ
向移动 ， 铲取 岩石 ， 紧 拉 提升 钢 绳 ， 装 满 物料 的 再 将
业高度 ． 由于 吊臂 很 长 ， 工作 载荷 较 大 ， 求具 有 足 要 够 的强 度 和刚度 ． 吊臂在 不 同倾 角工 作 时所 受 内力 不 同 ， 臂 的倾 角 一 般 在 ２ 。～ ０ 范 围 内， 体 值 吊 ０ ４。 具
某型汽车起重机吊臂的有限元分析及试验验证共69页文档
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
某型汽车起重机吊臂的有限元分析及 试验验证
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
某型汽车起重机吊臂的有限元分析及 试验验证
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
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最大位移 （ ＵＺ）
基本臂应力 第 ２ 节臂应力 第 ３ 节臂应力 第 ４ 节臂应力 第 ５ 节臂应力
工
数值
２．０４４
４４７
３８７
３７８
３５１
２６６
况 位置
一
吊臂头部 变幅缸支座前 上滑块接触面 下滑块接触面 下滑块接触面 下滑块接触面
工
数值
０．０５２
５３５
５１４
２０７
２６２
６３１
况 位置
二
吊臂头部
计 “ 接触”模型带来非线性迭代的计算量。该机型 ５ 节 算 吊臂共有 ４０ 处滑块接触， 利用各节臂与滑块在同一
位置节点 （ Ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ Ｎｏｄｅ） 可方便地来实现耦合
（ 注意网格划分时， 必须保证两者节点坐标相同） 。
为反映滑块和吊臂间沿接触面的相对滑动趋势， 故
所要耦合的是接触面的法向自由度， 而切向自由度
２ 纪爱敏
析． 农业机械学报， ２００４（ ６）
４ 结束语
３ 起重机设计规范． ＧＢ３８１１－ ８３ ４ ＡＮＳＹＳ ７．０． Ｏｎｌｉｎｅ Ｍａｎｕａｌｓ， ２００３
（ １） 通过对大型起重机 ＱＡＹ１２５ 伸缩吊臂的三
种典型工况进行有限元建模和解算， 得到的应力值 通信地址： 江苏省常州市 河海大学常州校区机电工程学院
由于将吊臂视为梁模型的常规解析法中， 存在 着诸多不足之处， 如： 不能模拟伸缩吊臂的实际连接 和各节臂的载荷传递， 无法获知吊臂上局部区域的 危险应力， 尤其对截面形状复杂的吊臂， 采用解析法 更不能反映其真实的受力状况， 而采用板壳和实体 模型的有限元法就可完全解决这些问题， 获得比较 精确的吊臂分析结果。２００２ 年 １１ 月在上海举行的 Ｂａｕｍａ－ Ｃｈｉｎａ ２００２ 国际工程机械博览会上， 我们曾 收集到利勃海尔汽车起重机产品样本， 其上明确写 着“ 上、下车和主臂为轻型钢结构设计， 并根据 ＦＥＭ （ 有限元） 方法计算， 重量优化， 抗扭性能显著增强” 的条文， 表明这种方法的优越性和实用性。
立， 则重复工作量大。为此， 我们想只建立工况一的 太长， 分别为 ５０ ｍ、２９．９１２ ｍ。因文本限制， 无法看清
模型， 另两种工况由工况一移动组合而成。通过移动 全部吊臂的网格， 故只能放大看其局部。）
实体 ， 旋 转 坐 标 系 来 达 到 面 或 体 位 置 变 动 ， 但 ＡＮ－
ＳＹＳ 不允许同时对这两者进行操作。针对这个问题，
我们分别对面和体模型进行操作， 然后利用存档模
型 （ Ａｒｃｈｉｖｅ Ｍｏｄｅｌ） 的方法， 先分别存贮这些模型
（ ＣＤＷＲＩＴＥ） ， 再 将 需 要 组 合 的 面 － 体 模 型 读 入 到
ＡＮＳＹＳ 中（ ＣＤＲＥＡＤ） ， 利用融合（ Ｍｅｒｇｅ） 技术合成同
时含面及体的实际模型。最终形成的三种工况实体
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工程机械 ２００６（２）
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建模时， 各节臂的筒体按板壳造型， 而基本臂的 ４ 边形单元， 实体选用 ８ 节点 ６ 面体 Ｓｏｌｉｄ４５ 单元来 设
尾部和第 ５ 节臂的头部由于承受的载荷大， 钢板焊 划分。但是， 对于第 ２、３、４、５ 节臂尾部， 由于其结构
应力小幅超差， 见工况二的第 ５ 节臂头部应力） ， 表
设
明吊臂设计较为合理， 经过试验以及交付用户一年
计
· !
多的高负荷使用， 未出现过吊臂的结构问题， 这也说
计
明本文分析的结果较为可靠。
算
（ ２） 由吊臂的局部稳定性计算结果可见， 对于大
起重量吊臂的设计准则应该是为提高截面的抗弯模
量和减轻吊臂本身的重量， 采用大的高宽比和薄的
变幅缸支座前
头部与滑块 接触处
头部与滑块 接触处
头部与滑块 接触处
头部与滑块 接触处
工
数值
０．７７５
４２０
５８５
５７３
２７５
３８８
况 位置
三
吊臂头部
变幅缸支座前
上滑块接触面
上滑块接触面
上滑块接触面
头部与下滑块 接触处
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图 ６ 三种工况下应力最大的各节臂上应力分布云图
由度（ ＲＯＴＹ、ＲＯＴＺ） 。释放绕销轴中心回转的转动自 力值。尽管在工况二、三中第 ５、２ 以及第 ３ 节臂上与
由度（ ＲＯＴＸ） 。变幅缸铰点处做同样处理。
滑块的接触部位出现了较大应力， 但应该说， 这些部
２ 应力及变形计算结果
位均不会出现局部失稳。而在全缩工况下， 基本臂在 变幅缸支座前的应力较大， 是最容易发生失稳的部
选取三种工况进行分析： 工况一， ５ 节吊臂全伸 （ 臂长 Ｌ＝５０ ｍ， 起吊质量 Ｑ＝１１．４ ｔ， 变幅幅度 Ｒ＝１２ ｍ） ； 工况二， 基本 臂 工 况（ ５ 节 吊 臂 全 缩 ， Ｌ＝１２．８ ｍ， Ｑ＝１２５ ｔ， Ｒ＝３ ｍ） ； 工 况 三 ， 中 长 臂 工 况（ 臂 伸 方 式 ： ０．４６， ０．９２， ０．４６， ０； Ｌ＝２９．９１２ ｍ， Ｑ＝３３．１ ｔ， Ｒ＝７ ｍ） 。
足而发生破坏前， 一般不会发生局部屈曲而损坏。
由图 ７ 屈曲模态可见， 吊臂的下底边首先发生
参考文献
屈曲， 这是由于下底板的宽厚比较大， 且受到的压应
１ 纪爱敏等． ＱＹ２５Ｋ 型汽车起重机伸缩吊臂的有 限 元
力大所致。而因为原有的腹板已被折成多个折边， 其
分析． 工程机械， ２００３（ １）
高度大大减小， 并且受压部分也很少， 故腹板不容易
局部稳定性， 若是采用解析法， 处理起来可能异常冗 繁， 甚至无法获得其解， 故这里我们仍采用有限元法
σｃｒ′＝σ（ｓ
１－
σｓ ５．３σｃｒ
）
（ １）
计算。以上求得了三种工况下 ＱＡＹ１２５ 吊臂上的应
得 到 修 正 的 临 界 应 力 σｃｒ＇＝８５１ ＭＰａ， 除 以 安 全
表 １ ＱＡＹ１２５ 吊臂应力及变形汇总（ 应力： ＭＰａ， 位移： ｍ）
计
· !
缝数目多且结构异常复杂、刚性很大， 因而将此部分 形状不规则， 导致只能划分为 ４ 面体网格， 这样一方
计
简化成实体。同样， 第 ２、３、４、５ 节臂尾部， 由于臂销、 面计算精度较差， 另一方面， 各节臂通过滑块与臂筒 算
滑块都固定在其上， 工作时受力很大， 此部分结构同 体之间的连接也难以实现。为使滑块部分的网格以
的那节臂， 其应力云图见图 ６， 各节臂上的最大应力 态， 见图 ７。
值汇总于表 １。
３ 吊臂局部稳定性计算
在大吨位的吊臂设计过程中， 吊臂局部稳定性 计算尤其显得重要， 但对于这样一个 １２ 边形的吊臂
临界应力 σｃｒ＝１ ６００ ＭＰａ， 显然已超过所选吊臂 材 料（ 吊 臂 材 料 为 ＷＥＬＤＯＸ９６０， σｓ＝９６０ ＭＰａ） 的 比 例极限 σｐ 值， 亦即材料进入非弹性阶段， 弹性模量 发生变化， 不再是常数， 屈曲临界应力 σｃｒ＇ 的值需修 正。采用起重机设计规范［３］中的公式进行修正：
通过以上三种工况下的有限元模型进行计算， 位。故以此工况为例， 在受载的危险部位— ——变幅支
获得每种工况下各节臂上的最大应力及整个吊臂的 座附近取出一段基本臂进行局部稳定性分析。
变形量。限于篇幅， 在三种工况中， 仅取出应力最大
通 过 建 模 计 算［２］， 求 得 其 临 界 应 力 值 和 屈 曲 模
和变形量基本上在许用范围之内 （ 仅有个别位置的 （ ２１３０２２）
（ 收稿日期： ２００５－ ０８－ １７）
（ 上接第 １０ 页） （ ２） 经济效益的提升。借助老员工的经验以及
产品生命周期各阶段的信息， 实际拆卸周期缩短了 五分之一， 加之拆卸所得高价值零部件数量的增多， 不仅节约了实际的拆卸成本， 更提高了产品的再生 价值， 可为企业每年带来相当可观的实际收益。通 过初期应用， 获利近百万元。
触产生的挤压和摩擦来传递力， 由于滑块和吊臂间
的摩擦系数很小， 且此处是小挠度和小转动问题， 那
么， 可以用自由度耦合技术来模拟滑块和各节臂间
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· !
设
的连接， 实践证明， 这种处理方法是可行的［１］。使用
计
耦合的优点是分析模型是线性的， 可大大减少使用
腹板厚度， 并将腹板折边（ 甚至折成圆弧状— ——减小
图 ７ １２ 边形吊臂加载及一阶屈曲模态
折边的宽度， 避免折边失稳以及对腹板具有强的约
系数 １．３３， 得到局部稳定性许用应力为 ６４０ ＭＰａ， 大 束作用） ， 以减小腹板受压高度， 从而提高腹板的抗
于强度许用应力 ６２０ ＭＰａ， 说明此吊臂在因强度不 屈曲能力。
成。其上半部为大圆角过渡形， 下半部压成 ９ 个折 边， 近似椭圆形， 见图 ２。
１． 基 本 臂 ２． 第 ２ 节 臂 ３． 第 ３ 节 臂 ４． 第 ４ 节 臂 ５． 第 ５ 节臂 ６． 滑块 ７． 变幅缸
图 １ ＱＡＹ１２５ 汽车起重机伸缩吊臂结构简图
图 ２ ＱＡＹ１２５ 吊臂截面形状示意图 为适应实际作业的需要， 汽车起重机设计工况 很多， 主要体现在吊臂臂长以及幅度变化上， 但一般 情况下， 只需选取三种典型工况进行计算： 全伸臂、 基本臂及中长臂， 有限元建模分析同样如此。
则不能耦合， 必须释放掉。
１．４ 加载及约束处理
吊臂所受的载荷有： 吊重、侧载、钢丝绳在臂头
的拉力、风载、自重等。风载荷加到吊臂侧面上， 而
其它力则须加到相应位置的节点（ 或关键点上） 。