汽车起重机底架有限元分析.pdf

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汽车起重机底架有限元分析
试验·研究
李忠杰,東吴,朱磊,丁宏刚
徐州重型机械有限公司)
摘要:汽车起重机底架为大型焊接结构,受力复杂多变。以某型汽车起重机底架为例,建立有限
元分析简化模型,在对其受力进行详细分析的基础上,选择典型工况进行加载分析,验证其结构设计的
合理性,并提出改进建议。该分析方法可广泛应用于汽车起重机底架设计。
关键词:汽车起重机;底架;大型结构件;有限元
目前,有限元分析软件已较为成熟,在结构设计2.1实体模型的建立
中具有较大优势,但对于大型结构,在有限元分析
底架的几何结构较复杂,在利用 ALGOR有限
实施过程中,对复杂结构进行力学方面的简化和各元分析软件建模过程中简化如下:
部件连接关系的处理存在一定难度。汽车起重机底
(1)忽略结构中装配用孔、过渡圆角及箱体的
架这类大型结构,不仅结构复杂,而且在吊重作业狭长外边缘等对分析结果影响不大的细节结构。
时需要承受复杂多变的载荷,只有运用合理的有限
(2)结合薄壁箱型结构特点,为提高运算效率,
元分析处理方法,才能得到可靠的分析结果。以某以板壳单元为建模主体,支腿门板及搭接块采用实
型汽车起重机底架为例,具体介绍该类大型结构有体单元,活动腿与固定支腿接触部分采用线性杆单
限元分析计算方法。
元模拟。为避免支腿液压缸与地面的面接触计算,
1汽车起重机底架结构及受力特点
支腿液压缸被简化为一个倒五面锥体结构,使起重
机作业时能够仅4点触地。
汽车起重机底架总成包括非承载结构和承载
(3)对非承载结构底架前段以及附属支架等,
结构两部分。
为减小计算量不建立分析模型,简化为一固定载荷
非承载结构指底架前段用于安装发动机、变速施加到相应位置。
器、驾驶室及前桥等的框架结构。在起重作业状态
(4)吊重载荷简化为作用在回转中心的垂直力
时,底架前段不承受由吊重产生的力。
和力矩。
承载结构指支腿之间的箱型结构。支腿分固定
由于模型主体结构采用板单元来模拟,为达到
支腿和活动支腿,两固定支腿通过箱型结构焊接为较高计算精度,尽量使板单元形状为四边形。底架
一体。底槊箱型截面为薄壁大箱型结构,箱体内问结构模型及坐标系如图1所示,坐标系原点位于回
隔布置隔板,箱体中间部位为整车回转安装中心。转中心;Xーー回转中心向前为正;z一左側为正;
水平支腿安装在固定支腿方箱内,由两节可同步伸Y一以底架上平面为零点,向上为正。材料屈服强
缩的支腿组成,与前后固定支腿及连接箱型体成H度。=960MPa,弹性模量E=2.1x10°MPa,剪切弹
形分布。
性模量C=8.3×10)-MPa。
吊重作业时,四个支腿将整个底架及安装在底架2.2添加载荷和约束
上的起吊机构撑起,起吊的重物及起吊机构自重通过
根据国家标准GBT6068-2008汽车起重机和
安装在底架上的回转轴承座圈,作用在整个底架结构全地面起重机试验规范,本文按底架在最大额定起
上。同时还要考虑底架自重和非承载物件载荷。
重量并有一定超载情况,根据起重机吊臂作业位
2底架有限元模型的建立
置,在360°范围内,分多种工况进行计算。
载荷处理:
作者简介:李忠杰(1968-),男,江苏徐州人,工程师,研究方向:全地面起重机底架设计研究。
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,试验研究
图1底架结构模型
将起吊机构自重和吊重简化成通过回转中心心上。
的一个垂直向下的集中载荷Q以及吊重平面内的
约東处理
力矩M,由于起重机起吊机构与底架通过回转中心
假定地面不沉陷,模型通过约東支腿上单元杆
螺栓联接,根据静力等效原则,将集中载荷Q分解来实现模型的静定约束,Y方向全部约束,左后支腿
到螺栓上,力矩M加载在虚拟的梁单元上,通过梁约束X、,Z方向自由度,右后支腿约束X方向自由
单元传递到底架上,非承载结构重量加载在底架重度,这里的约東指的是平动自由度,具体见图2。
图2添加载荷和约束
底架有限计算结果分析
种:(1)吊臂处于正侧方,工况1(此时底架承受最
大扭转力矩,见图3)。(2)吊臂处于后右支腿正上
本文针对某型汽车起重机底架的计算结果实方,工况2(此时后右支腿出现最大支反力,见图
例进行分析,实际运算中运用多载荷步文件求解,4)。(3)吊臂处于前左支腿正上方,工况3(此时前
并在求解后将各载荷步计算结果进行组合,从而达左支腿出现最大支反力,见图5)。下面对这3种高
到各工况下实际载荷的作用效果。根据各工况计算应力的工况计算结果进行分析。
结果,底架在吊重作业产生高应力的工况主要有33.1强度分析
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试验·研究
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图3工况1应力分布云图
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图4工况2应力分布云图
(1)工况1(吊臂在正侧方)。整个底架箱型结大,虽然没有超过许用应力,但应注意避免产生内
构的应力比较小,特別是回转中心处(主承载部位)部裂纹。
应力分布比较均匀,说明此部分设计比较合理,大
2)工况2(后右支腿支反力最大),应力分布
应力区域主要在后個定支腿附近,最大应力出现在与吊臂在正侧方相似,大部分区域应力比较小,但
后固定支腿和底架箱型结构连接部位的尖角处,此是由于吊臂的作用力点已经移到右后方,所以前固
处应力集中比较严重,需要进行加强处理,考虑采定支腿应力明显减小,后固定支腿附近的应力增
用在固定支腿与底架箱型结构连接部位,加两块三大,特别是后固定支腿和底樊箱型结构连接部位的
角形加强板,以提高其连接强度,同时在固定支腿尖角处,应力最大。尖角处在上述炳种工况下都属
与底架箱型结构连接部位分别加贴板,防止底架箱于高应力点,在按前面方法加强处理时,还要特别
型结构腹板与固定支腿腹板由于刚度和强度不足注意焊接质量,可以在连接部位采用双面焊。
发生变形。前固定支腿部分区域的应力相对比较
(3)工况3(前左支腿支反力最大)。前固定支
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