汽车起重机吊臂的有限元分析
基于Ansys Workbench的起重机吊臂结构全伸臂工况的有限元分析
基于Ansys Workbench的起重机吊臂结构全伸臂工况的有限元分析李春风;董庆华;李少杰;郝清龙;王宇飞;曹硕【摘要】通过吊臂吊载,起重机能够实现大高度、大幅度的作业,吊臂是起重机的最主要承载构件之一,吊臂的分析研究对于起重机的结构优化起到了大的作用.以50 t 起重机吊臂为例,借助软件Ansys Workbench对吊臂结构的全伸臂工况进行有限元分析,得到其变幅平面内各处位移和应力,为结构的改进和优化提供了一定的参考.【期刊名称】《承德石油高等专科学校学报》【年(卷),期】2016(018)002【总页数】5页(P17-21)【关键词】吊臂;Ansys Workbench;有限元【作者】李春风;董庆华;李少杰;郝清龙;王宇飞;曹硕【作者单位】承德石油高等专科学校工业技术中心,河北承德 067000;承德石油高等专科学校工业技术中心,河北承德 067000;承德石油高等专科学校工业技术中心,河北承德 067000;承德石油高等专科学校工业技术中心,河北承德 067000;承德石油高等专科学校工业技术中心,河北承德 067000;承德石油高等专科学校工业技术中心,河北承德 067000【正文语种】中文【中图分类】TH21通过吊臂吊载，起重机能够实现大高度、大幅度的作业，吊臂是起重机的最主要承载构件之一，吊臂的强度对于起重机承载最大起重量时的整机起重性能起到了决定性的作用，吊臂自重对于起重机整机倾覆稳定性有着最直接的影响，吊臂结构的设计将直接影响整个起重机的性能，所以对吊臂进行有限元分析是很有必要的。
1.1 吊臂工作原理起重机升降重物，是利用吊臂顶端的滑轮组支撑卷扬钢丝绳来悬挂重物，利用吊臂的长度和倾角的变化来改变工作半径和起升的高度,如图1所示。
吊臂有两节、三节、四节、五节等不同形式，通过变幅机构来实现俯仰功能,如图2所示。
起重臂顶端可以加滑轮，实现吊钩单倍率工作，提高工作速度。
另外，起重臂顶端还可以同时加副臂，实现更大的起升高度。
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。
基于SolidWorks Simulation的随车起重机吊车臂有限元分析
基于SolidWorks Simulation的随车起重机吊车臂有限元分析冯立浩【摘要】介绍了随车起重机吊臂的结构,并对其进行建模及有限元分析,分析结果直观地反映了吊臂的受力情况及薄弱部位.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2011(000)005【总页数】2页(P80-81)【关键词】有限元;受力分析;吊臂;实体建模【作者】冯立浩【作者单位】石家庄煤矿机械有限责任公司,石家庄,050031【正文语种】中文【中图分类】TP391.7随车起重机是一种具有广泛使用前途的起重运输设备，近年来逐步取代了小吨位汽车起重机。
吊臂是随车起重机起重作业的重要部件，其设计水平的高低对整机的作业性能至关重要。
为此，利用Solid Works三维设计软件对吊臂进行实体建模并使用Simulation模块进行受力分析，可以更好地了解吊臂的受力情况，提高设计产品的技术含量，也使设计的产品更加合理。
吊臂的结构及截面简图如图1所示。
各节吊臂均为五边形、由四块长条钢板焊接而成的箱型结构。
选用的材料为低合金高强钢，主要承受轴向压力、弯矩以及扭转。
吊臂内部安装有执行吊臂各节臂伸缩任务的液压缸。
液压缸活塞杆为中空结构，可从中通过液压油。
各节臂间有相对滑动，靠其中的支撑滑块来支撑吊臂并传递力的作用。
固定臂上共有两处连接铰接孔：其根部铰接孔与立柱铰接，可以相对转动，改变吊臂仰角；固定臂下部铰接孔与变幅液压缸铰接。
吊臂端部安装有起升滑轮组，需要校核吊臂水平全伸时的工况。
此时的工作幅度为4.72m，吊臂前端加载1.6t载荷，相应建立的实体模型如图2所示。
在建立实体模型的过程中，要对模型进行一些简化和理想化：（1）建模后要进行干涉和间隙检查，不允许存在干涉；（2）对一些焊缝要进行理想化处理，如上下焊缝的吊臂结构，需要把焊缝过渡为圆角。
但在实际测量应力时，这些焊缝附近的应力是和理论计算结果相差很大的，这些部位的计算应力是不可信的；（3）一些对整体强度影响不大的孔可以忽略，一般10mm以下的孔可以不考虑。
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
基于蒙特卡罗法的汽车起重机起重臂结构可靠性分析
0 引言汽车起重机因其机动性能好、移动方便而被广泛应用于工程建设中。
起重臂是起重机的重要组成部分，其结构的可靠性直接影响整机的工作性能。
在传统理论计算时，各计算参数都按确定值考虑，但这些量并非定值，而是概率参数、区间参数或是它们的组合[1]。
目前，对起重臂结构可靠性的研究已有多种方法。
文献[2]考虑了动载系数、偏摆角与板厚的不确定性，采用了优化法与贝叶斯网络求解臂架概率-非概率混合可靠性模型的可靠度，但由于采用优化法，导致计算量偏大；文献[3、4]将有限元方法和蒙塔卡罗概率模拟方法相结合，通过循环试验计算结构的可靠度；文献[5、6]基于专家打分的方式确定结构失效的各影响因素的重要度，应用模糊层次分析，对结构进行综合评价。
鉴于此，针对汽车起重机臂架使用中的不确定参数，建立起重臂的概率-非概率混合可靠性模型，采用蒙塔卡罗法计算起重臂结构强度、刚度、局部稳定性、整体稳定性的可靠性指标，并结合贝叶斯网络模型计算对臂架结构失效影响最大的因素。
1 汽车起重机载荷计算如图1所示，起重臂在变幅平面内可视为简支外伸梁，其支点分别为起重臂根部铰点和变幅液压缸上铰点。
对臂架外载荷进行合成整理，危险截面在变幅平面内轴向载荷、横向载荷和弯矩分别为xxx1121sin sincos coscos sin cosN Q G ST Q GM Ql Qe Se GLθθθθθθθ=++=+=+−+式中：臂架头部垂直载荷Q=φ2 P Q，P Q为额定起升基于蒙特卡罗法的汽车起重机起重臂结构可靠性分析*潘德国1 屈福政1 谢正义1，2 孙杰锋11大连理工大学机械工程学院 大连 116024 2沈阳建筑大学机械工程学院 沈阳 110168摘 要：汽车起重机起重臂作为主要承载部件，其结构失效是造成汽车起重机事故的主要原因，产生的后果较严重。
在实际作业中，起重臂结构失效受到载荷、结构尺寸和材料属性等诸多不确定参数的影响，这些不确定参数包括概率和非概率两种参数，由于非概率参数的存在，无法采用概率参数可靠性的计算方法求解起重臂结构的可靠性。
一种小吨位随车起重机回转机构设计及有限元分析
及 以 上 吨 位 的 随 车 起 重 机 。 随 着 随 车 起 重 机 设 计 及 制
造技 术 的不断 成熟 ， 用户 对 回转机 构 的紧凑 性 、 可 靠 性
随 车起 重 机工 作 时 的轴 向力 依 次传 递 给 转筒 、 齿
１ 起 重 机 技 术 指 标
某 型军用 特种 车辆 随 车起重 机 的技术 要求 如下 ：
（ １ ）额 定 起 吊 重 量 ３ ０ ０ ０ ｋ ｇ 。 （ ２ ）回 转 角 度 ≥ １ ８ ０ 。 。
２ 起 重 机 回转 结 构 设 计
２ ． １ 组 成
３ 有 限 元分 析
３ ． １ 静 载 荷 计 算
随 车 起 重 机 旧 转 机 构 如 图 １
首 先 确 定 回转 机 构 受 力 最 恶 劣 的 工 况 ．对 于 折 臂 式 随 车 起 重 机 的 上 部 结 构 而 言 ，各 结 构 件 受 力 最 恶 劣 的工 况为随 车起重机 工作 幅度最大 时 ， 如 图 ２所 示 。 根
首 先 驱 动 回 转 机 构 的 齿 条 作 直 线 往 复 运 动 ，齿 条 带 动齿 轮转 动 ， 由于齿 轮与转 筒 花键连 接 ， 与 空 心 轴 过 盈连接 ， 则齿轮、 空 心轴 、 转筒 、 微 调 螺 母 及 吊臂 底 座 一 起 在 外 护 套 内 回转 ， 从 而 实 现 起 重 机 吊 臂 底 座 的 回转 。
（ ３ ）最 大 工 作 范 围 ≥ ５ ０ ０ ０ ｍｍ。 （ ４ ）结 构 紧 凑 、 性能可靠 、 拆 卸 及 维 护 方便 ， 具 有 良好 的 防 尘 、 防湿 热 、 防盐雾 、 抗 振及 防 冲击 的措施 。
基于ANSYS高空作业车吊臂结构的有限元分析
内容摘要城市化建设的飞速发展，城市的高层建筑群越来越多，对适合于此类建筑物施工的高空作业车设备需求量与日俱增。
作业臂是高空作业平台的重要承载部件之一，也是整机结构强度相对薄弱的部分，其力学性能对机械的正常运转有直接影响，为了保证工作人员高空作业时的人身安全，其作业臂有着严格的设计要求。
针对此问题，在对其结构进行详细分析的基础上，可以利用ANSYS软件与CAD软件的数据交换功能，将AutoCAD软件中建立的作业臂的三维几何模型导入ANSYS中, 选择solid92实体单元，利用ANSYS强大的网格划分功能，分析作业臂的结构和受载特点，建立有限元模型进行作业臂结构的强度和刚度分析，确定危险截面或危险点得应力分布及变形，找出结构设计中的不合理因素，对作业臂模型的截面尺寸形式进行了合理的优化设计，以达到节约材料，节省成本，并保证作业臂的安全系数。
关键词: 高空作业车作业臂有限元分析截面ANSYSAbstractWith the rapid development of urbanization, The urban architecture is to be more and more, which demand more and more the appropriate equipment for the construction of such buildings. Telescopic boom is one of an important bearing component in Aerial Work Platform, and also is relatively weak machine parts, whose mechanical properties has a direct impact on the normal operation of the machine. It is necessary and important to research the mechanical properties of the working arm in the design field of aerial working platform for ensuring the person safety in aerial working.In this situation, based on the detailed analysis of working arm structure, and then the 3D geometry model has been made in the platform of AutoCAD, the model was imported into the ANSYS. Making use of the solid element solid92 and powerful gridding partition ability of ANSYS and then using the function to analyze the structure of the working arm and the load characteristics of the operating arm. To establish the finite element model of the structure is to analyze strength and stiffness, which will determine the dangerous section or dangerous point and deformation to identify the unreasonable factors of the structural design. The overall performance will be improved. The plate thickness is optimized to reduce the material and the cost and to ensure the safety factor of the operating arm.Key words: Aerial working platform Working arm Finite analysis Section Ansys第1章绪论1．1课题的研究背景与意义工程机械广泛应用于经济建设的各部门，在整个经济发展中占有十分重要的地位。
起重机伸缩臂变量化建模与有限元分析
伸缩 臂作 为起重 机 的主要受 力构 件 ，其结构 性能 的好 坏不 仅影 响作业 的安 全可靠 性 ，还是 决定整 机质
量与 经济成 本 的重要 因素 。因此 快速 有效地 对起 重臂 架 的刚强 度进行 正确 分析计 算是 满足性 能 要求 、降低 质量 的重要 途径 。 目前 ， 伸缩 臂的箱形 截 面有矩 形 、 梯 形 、倒置梯 形 、五边形 、六边形 、大圆角 矩形 以及椭 圆形 等 。有 限元方法 能可 靠便捷 地对 起重 臂架应 力变 形分 布情况 做 出整体 了解 ，而且 目前 大多 生产企 业也 都有 应用 ，只是使用 效率 不高 。其 主要 原 因是有 限元 模 型的前 处理 工作量 较 大 ， 括建 模 、 网 、 包 分 加载 、 求 解 ，若要使 臂架 结构保 持 而几何 尺 寸改变 ，就需 要重 复前 面 的工作 。 针对这 种情 况 ， 文利用 ＡＮ ＹＳ提供 本 Ｓ 的 ＵＩ ＤＬ用 户界 面 设 计 语 言 和 ＡＰ ＤＬ参 数 化设 计 语 言进 行二 次开 发 ，实现相 同构造 特征 下变 量化建 模 与 有 限元分 析计 算 ，较好地 解决 了起重 臂架 的有 限元计 算 问题 。 １ 起 重 机伸缩 臂参 数化 建模
一
（ ）矩 形截 面 ａ
（）六边 形截面 ｂ
图 １ 伸 缩 臂 截 面 形 状
以创 建第 一节 臂 的六 边形 截面 为例 ，变量输 人对 话框 用 ＵＩ Ｉ 语言 的 ＭＵＩ Ｐ Ｏ 指令 块来 实现 ，程 Ｄ Ｒ ＴＩ 序命 令流 如下 ：
ＭＵＬ Ｐ Ｏ，Ｓ ＴＩ Ｒ ’ＴＡＲ ，０ １定 义起 始 Ｔ’１
建 立起重 机伸 缩臂 架实体 模 型是有 限元分 析 的第 步 ，本 文 采 用 直 接 由 Ａ ＹＳ 的 ＡＰ Ｉ ＮＳ Ｄ 语 言 和 ＵＩ Ｌ语 言 ， Ｄ 实现变 量化 的有 限元 实体模 型 的建 立 。 按 照这种 直接建 模 的方式 实现 了矩形 、 梯形 、 五边形 、 六 边形 等 多种截 面 的变量 化建模 。下 面 以矩 形 和六边 形 截 面 的三节伸 缩臂 为例说 明变量 化的有 限元建 模 与计 算 分析 过程 。 矩形 和六 边形 的构 造截 面变 量设计 参数 如 图 １所 示 。 截 面 变 量 包 括 ：矩 形 截 面 宽 度 （ ｄ ｈ 、 度 ｗｉｔ ） 高 （ ｉｈ ） 相 同的上下 盖板 厚度 （ ｉ ） ｈｇ ｔ 、 ｔ ｃ 与左 右腹 板厚 度 ｈ ｋ （ｈｃ ｆ ； ｔ ｉ ） 六边 形截 面上 盖板宽 度 （ ｄｈ 、 ｋ ｗｉｔ ） 下盖 板宽 度
基于ansys的随车起重运输车车架有限元分析
基于ansys的随车起重运输车车架有限元分析
有限元分析可以反映出一个结构的应力分布情况，该方法对于确定车架安全性能，特别是结构件是否安全有着重要意义。
随车起重运输车车架也采用有限元分析来评价车架的安全性，指导车架设计以及确定车架性能参数。
首先，利用有限元分析方法建立车架的三维有限元模型，该模型可包括车架的各个部件和对应的材料等属性信息。
接着，利用有限元分析软件将模型静力分析，选择合适的加载类型并设定载荷作用范围，同时，还要添加边界条件，如，夹紧条件、位移支撑条件和支持条件几大类。
最后，根据计算结果，对车架进行受力、位移、应变等性能分析，根据分析结果，确定车架的荷载能力及各部件结构安全系数。
通过有限元分析，能够有力地验证车架设计方案以及连接方式，同时还能有效检测普通载荷或极限载荷的作用下结构的稳定性，从而确定车架是否具有足够的受力强度，勾稽设计内容是否正确，布线、装配、焊接等技术是否合理。
有限元分析的优势在于更快捷的调整和比较设计参数，以及几何细节变化的早期实时反馈。
有限元分析有助于提高设计工作效率。
此外，有限元分析也可以用于评价随车起重运输车车架的气密性能，以及针对峰值压力、不同控制及振动响应等非线性载荷的定义。
结构的表观失效和气密性能的性能可以在一定的范围内准确地由有限元模型得到。
综上所述，通过有限元分析，可以迅速准确地评估随车起重运输车车架性能，以最大程度发挥车架的功能，确保车架安全可靠，为准确选择车架零部件提供有效依据。
液压起重机吊臂结构建模及有限元分析1
液压起重机吊臂结构建模及有限元分析1毕业设计(论文)开题报告学生姓名：专业：设计(论文)题目：指导教师:月学号：机械设计制造及其自动化液压起重机吊臂结构建模及有限元分析年日设计论()文题开报告1.结合毕业设(论计)课题情文，况据根所阅查的献文料资每，撰人写2 000字左的右文献述综文献综1述.课题背景1课.题背液压起重机景本文(指液压特用起重机) 船，船是的一上种大板机甲械，是它一船舶装卸货物的种设备，船舶是普遍上使用一种装的卸设备货。
臂在吊用船起机上是重最重要金属结构的部件也是，主要受构力，吊件臂的构设结计接决定着整个直重起机外观的和性能。
吊结构设臂的质量是计起机作重性能和安业全的证保，因此在吊设计臂时对吊臂进行受力算和结计分析构算计是分必要十。
的在起重吊臂机设的中计，其尤中吨小位吊臂设的计通，常用采传的统学方法力计，复算杂，投需较多的人入及力间，时计且精算较低度，算时仅计虑考个几危截面险的强度有一定的局限，。
因性本此文将入引以ASNSY软件为工具的有限元分析方法。
2.限有元分析 .2限元有析分.1 2. 1 发2展历史在02世纪40 代初年首次期提出。
1941年兰赫尼可夫A(.H enikorff)出用隔提栅的集体合表二示维与三的结构体维19。
34年库兰特R(.C oranut也)应了用单“元”法则的。
了到02 世纪0 5代年，由工于上程的需要特，别高是电速计子机算的现与应出，用限元法得以有迅速发展并得，愈来愈到泛的应广用。
916 0年拉克(夫R .. CWloguh)首先提“有出元限法” 。
年来，近计在机程序的算制方面编也有了非，大的常发。
展于有限元由法的用通性，已经成它解决各为种问题的强力和灵有活用的通具。
因工不少国家编制了大型通此的计算机程序用如，:AP、ADINA、SANSYS、BAAQS、UCSMOO S等。
2. 基本2思首先，将表示想构结的连续离体散若为个干子域(单) 元，单之间元通过其界边上的结点相接成连组体。