汽车起重机臂架的有限元分析

陈雯雯 衡阳技师学院

汽车起重机臂架的有限元分析

陈雯雯 衡阳技师学院

汽车起重机在中国的起重机的应用范围越来越广，涉及的领域也越来越多，同时需要解决的问题也在增加。本文主要介绍了不同的文献中研究汽车起重机的方法，主要是利用有限元分析法进行分析。先对起重机进行测量，经测量出的数据与有限元模拟的结果进行比对，将差别较大的地方进行改进，在符合实际操作的情况下对起重机进行优化。在普通有限元分析的基础上将其参数化使其更好的解决问题。

汽车起重机 有限元分析 悬臂

一、前言

汽车起重机是一种装在普通汽车上或者是装在某种特制的汽车底盘上的起重机，它的主要优点是机动性好，相当于普通的载重汽车，符合公路对汽车的技术要求，但是它进行工作时必须使用支腿来保持稳定性，在松软和泥泞的路面上支腿支撑的平面不一定水平，容易发生安全事故，因此不适合在次路面上进行作业。中国的起重机如果跟不上市场发展的脚步就会被淘汰，因此中大型起重机的研究迫在眉睫。但是起重机的有限元分析法可以完美的解决这个问题。

有限元分析（FEA，Finite Element Analysis），利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟。将模拟得出的应力应变动态曲线与实际的起重机进行比对，如果不符合就需要对模型进行检查改进；如果整体是符合的就可以再进行优化。

二、综述

文献[1]是以t50汽车起重机的回转液压系统为主要研究对象，分析缓冲阀与换向阀的弹簧和开口面积、缓冲溢流阀的弹簧预紧力、泵的流量、转动惯量、负载阻力矩对系统的动态特性的影响。分析如何减缓回转机构启动和制动时的压力冲击、缩短制动时间、改善系统的调速特性、提高整机性能、作业效率和安全性。在理论上建立液压回路控制系统的数学模型，利用AMESim仿真软件进行仿真，得出液压系统的两种工况的应力动态曲线。将仿真结果和测验结果对比，修正模型中的参数，使之更加符合实际。在测试的数据中：回转机构抱死的情况下，模拟仿真的结果和实际测试的结果基本一致，误差只在10%左右，能够反映实际状况；回转空载的情况下，模拟仿真的结果和实际测试的结果基本一样，但是某些参数的改变可能会给仿真的结果带来很大的影响。

文献[2]是对特定的某种汽车起重机的起升结构的液压系统进行仿真建模，从中得到起重机在原本的各类元件运作的过程中对动态系统所产生的不良影响，通过改变各类元件的相关参数来提高系统的精确性和可靠行，同时减少人力物力的投入。首先要对起重机的起升机构的工作原理做详细的了解，建立液压系统中变量泵、马达、阀及管道的结构模型，绘制功率键合图，并基于此推导出对应的数学模型，用MATLAB/SIMULINK仿真软件进行建模仿真，最后得到的不同的系统响应数据，从得到的数据中挑选出具有最优的效果参数组合，使整个液压系统在这种组合条件下性能最优。在仿真中具体考虑：系统停止后突然上升、停止后下降、提升后突然停止、下降后突然停止、提升后突然下降以及下降时突然提升。

文献[3]与上述的两篇文献的最大区别在于还对汽车起重机进行了有限元的静力学分析。其研究对象是QAY50汽车起重机的伸缩臂，文献[3]进行载荷分类、伸缩臂的静力学分析、结构刚度的计算和构件结构的许用应力分析，得到各结构的应力和形变图。然后根据实际工况的要求对起重机的三种实际工况进行研究，同时采用ANSY仿真软件对整个系统进行有限元分析中的有限元静力学分析和模态分析，并对系统进行优化。结合整体和局部的应力图和形变图，了解应力的分布情况和形变情形并找出最大应力发生位置，确定在伸缩臂轻度和刚度均满足条件的情形下的最危险的工况。得出实的三种工况下伸缩臂结构的前六段的固有频率和对应的振型。结合图形清楚的找出伸缩臂结构存在的缺陷和需要加强的结构，对缺陷交易改进得出最优的方案。

文献[4]针对目前汽车起重机存在的问题，对汽车起重机使用参数化方法对主要结构构件的特征参数、载荷参数进行定义，借助有限元分析法基本理论对起重机的副臂和转台实施简化原则的处理方式并根据起重机的实际操作建立有限元分析模型，利用ANSYS中的汇编语言对模型进行具体分析。在有限元的基础上同时运用VB编程语言开发起重机的参数化分析系统。

文献[5]主要局部应力对液压起重机某段伸缩臂的内部和外部接触区影响的分析。选择伸在外面的悬臂的某段相关长度，建立伸缩臂的顶部法兰板、顶部网盘和底部法兰板的弯曲方程，根据方程画出应力—应变状态图形并建立一个数学模型，其中数学模型分为局部模型和整体模型。对整体和局部模型进行有限元分析。同时需要对实际的起重机进行实验测试，将得到的TD-6/8型液压汽车起重机的有限元分析结果和实验测试结果进行验证。对获得分析结果和实验结果进行比较，发现在分析模型和通过有限元分析与实验测试得出的结果之间具有较高服从性，这证实了所有的假设。提出的方法以及验证过的分析表达式给在接触区存在局部应力增加的盒状伸缩段和其它结构的最优设计提供了准则。

三、结论

从上面的文献可以看出对起重机进行有限元分析时能否准确的建立模型是解决问题最为关键的，因为接下来对起重机的受力分析、应力应变分析都是在模型的基础上完成的。在建立准确的模型之后就可以开始进行研究了。上述所有文献通过有限元法分析模型的出的结论与实际测量得出的结论误差很小，而这些误差存在的原因主要是因为在制作模型的过程中提出的数学表达式为了便于计算，将某些因素不加以考虑造成的,如文献[5]，这证明有限元分析法在研究受力分析问题上能代表实际问题，同时也能解决实际问题。

[1]王志洲.汽车起重机回转液压系统动态特性仿真与实验研究 [D].长春：吉林大学，2011.

[2]姚俊威.汽车起重机起升机构液压系统动态特性研究[D].太原：太原科技大学，2012.

[3]刘敏.汽车起重机伸缩臂结构分析与优化设计研究[D].西安：长安大学，2014.

[4]刘艳军.汽车起重机主要结构件参数化分析系统研究[D].沈阳：沈阳建筑大学，2012.

[5]Mile Savkovi Milomir Gaši Goran Pavlovi ea.al.Stress analysis in co ntact zone between the segments of tele scopic booms of hydraulic truck [J].Thin-Walled Structures, 2014(85)：332-340.