高空作业车工作臂结构设计及有限元分析 毕业论文.doc

徐州师范大学本科生毕业设计高空作业车工作臂结构设计及有限元分析1目录第一章绪论.41.1高空作业车的概况及其发展方向.41.2高空作业车组成.51.2.1工作机构.51.2.2金属结构.51.2.3动力装置.61.2.4控制系统.61.3GKZ型高空作业车的概况.61.3.1整机结构简介.61.3.2高空作业臂.71.3.3作业车作业状态主要技术参数.81.4课题的提出.81.5本课题所要研究的具体任务.91.6本课题研究的意义.9第二章高空作业车的结构设计.102.1材料的选择.102.2计算上、下臂的长度.112.3确定油缸铰点的位置.122.3.1确定上臂油缸铰点的位置.122.3.2确定下臂油缸铰点的位置.132.4上臂截面尺寸的确定.132.4.1对上臂进行受力分析.132.4.2计算上臂截面尺寸.142.4.3对上臂进行强度效核.162.5下臂截面尺寸的确定.182.5.1对下臂进行受力分析.182.5.2计算下臂的截面尺寸.212.5.3对下臂进行正应力效核.22第三章高空作业臂有限元分析.253.1概述.253.2载荷条件及分析工况说明.263.2.1载荷条件.263.2.2分析工况.263.3上臂的有限元分析.273.3.1上臂的实体建模.273.3.2有限元分析.283.4下臂的有限元分析.323.4.1下臂的实体建模.323.4.2有限元分析.32第四章总结.37致谢.38参考文献.39徐州师范大学本科生毕业设计高空作业车工作臂结构设计及有限元分析2高空作业车工作臂结构设计及有限元分析摘要：高空作业车是用来运送工作人员和工作装备到指定高度进行作业的特种车辆。本文主要以“GKZ型高空作业车”上、下臂结构为研究对象，对上、下臂进行结构设计和ANSYS有限元分析。本文主要阐述了根据高空作业车的最大作业高度12米，在满足作业高度的前提下，进行高空作业臂的结构设计：首先根据使用要求选择作业臂材料的类型；其次根据最大作业高度确定上、下臂的长度；再经过受力分析利用强度来确定臂的截面尺寸及油缸的铰接位置；再进行强度、刚度、稳定性的校核，查看作业臂的尺寸是否符合要求；利用PRO/E软件进行上、下臂实体建模，通过PRO/E软件的输出端口和ANSYS软件的输入端口，将实体模型导入ANSYS软件中。在ANSYS软件中，先定义工作臂的单元类型为实体单元“SolidBrick8node45”；其材料属性定义为：弹性模量为2.1e11，泊松比为0.3，钢的密度为37850kg/m。进行网格划分时，采用了ANSYS提供的最常用的网格划分控制工具“MeshTool”中的“SmartSizeControls”，网格划分的值越小得到的结果越好，但网格太细会占用大量的分析时间，造成资源浪费，由于上、下臂的尺寸较大，而厚度较小，为提高计算效率，在网格划分密度时，选取值为4。然后，施加均布载荷和约束，进行结构的强度和刚度分析，确定危险截面或危险点的应力分布及变形。根据有限元分析结果，找出结构设计中的不合理因素，提出改进方案，并对改进后的结构进行有限元分析，对两种分析结果进行比较。最后画出作业臂总装图及上、下臂零件图。关键词：高空作业车；结构设计；有限元分析；ANSYS徐州师范大学本科生毕业设计高空作业车工作臂结构设计及有限元分析3AerialvehiclearmofAerialworkplatformstructuredesignandfiniteelementanalysisAbstract：AerialvehiclearmofAerialworkplatformisaspecialvehiclewhichcarriesoperatorsandtoolstotheaerialappointplaceforwork，Inthispaper,“GKZhigh-altitudevehiclesinthe”upperandlowerarmstructureoftheresearchobject,right,underarms,structuraldesignandFiniteElementAnalysis.Thispaperelaboratedonthebasisofaerialvehicleoperationslargest16metershigh,tomeetthehighoperatingonthepremisethatforhigh-altitudeoperationsarmofstructuraldesign:Firstchoiceundertherequirementsoftheuseofoperatingarmofthetypesofmaterials；Second,basedontheheightofthelargestoperationstodeterminetheupperandlowerarmlength；AfterAnalysistodeterminetheintensityofuseofthearmsectionsizeandfueltanksarticulatedposition；furtherstrength,stiffness,StabilityofVerification,checktheoperatingarmsizewhetheritmeetstherequirements；PROEsoftwareusingtheupperandlowerarmentitymodeling,PROEsoftwarethroughtheoutputportsandANSYSinputports,EntityModelintoANSYSsoftware.InANSYS,firstdefinitionofthemodulesworkarmtypeofentityunitSolidBrick8node45；materialproperties:thedefinitionofelasticmodulusof2.1e11,thePoissonsratioof0.3,thedensityofsteel.Formesh,ANSYSusedforthemostcommonlyusedmeshcontroltoolMeshTooloftheSmartSizeControls,meshsmallerthevaluethebettertheresults.Butmeshtoosmallwilloccupyagreatdealofanalysistime,resultinginawasteofresources,sincetheupperandlowerarmofalargersize.thicknessandsmaller,toincreasetheefficiencyofthecomputation,themeshdensity,theselectedvalueoffour.Then,imposeuniformloadsandconstraints,structuralstrengthandrigidity,identifyhazardousordangeroussectionthestressdistributionanddeformation.Accordingtothefiniteelementanalysis,structuraldesigntoidentifytheirrationalfactorsthatimprovementprogramalsoimprovedthestructureoffiniteelementanalysis,theanalysisofbothresults.Finallypaintoperationsarmassemblydiagramandtheupperandlowerpartsarmmap.Keywords：AerialvehiclearmofAerialworkplatform；Structuraldesign；Finiteelementanalysis；ANSYS徐州师范大学本科生毕业设计高空作业车工作臂结构设计及有限元分析4第一章绪论1.1高空作业车的概况及其发展方向高空作业车又称登高平台消防车，广泛用于建筑、市政、电讯、机场、工厂、园林、住宅等场所，从事消防、抢险救灾、施工、安装、维护等工作。其中，供消防部门用于灭火、辅助灭火或消防救援，是最主要的一个功能。高空作业车是用来运送工作人员和工作装备到指定高度进行作业的特种车辆，是将高空作业装置安装在汽车底盘上组成的。高空作业装置包括高空作业臂、起重工作臂、起升机构、动力系统、液压系统、电气系统还有操纵装置等部分组成。现在的高空作业装置具有操作平顺、工作稳定、自动调速、安全可靠等优点，大大提高了空中作业的工作效率。高空作业车按工作臂的型式，有四种基本型式，分别为：垂直升降式、折叠臂式、伸缩臂式和混合臂式。垂直升降式高空作业车的升降机构只能在垂直方向上进行运动。它的主要特点是结构简单，承载能力强，但作业范围小，作业高度低，这种结构型式应用比较少。折叠臂式高空作业车工作臂之间的连接全部采用铰接型式，所以国外又把它叫做铰接式高空作业车。折叠臂高空作业车结构适合于较低作业高度的车型，如要加大作业高度，必然要增加臂长或增加工作臂数量，增加臂长会使作业车体积庞大，降低灵活性；增加工作臂数量会造成操作繁琐，安全性降低。伸缩臂式的高空作业车在行驶状态时，工作臂缩回套叠，工作时伸出，可以有效增大作业高度，同时具有工作效率高、操作简单、动作平稳等特点。混合臂式高空作业车工作臂之间既有铰接，也有伸缩，是折叠臂式和伸缩臂式高空作业车的结合，它综合了两种结构型式的优点，工作性能最好，但结构也最为复杂。高空作业车是利用汽车底盘作为行走机构，具有汽车的行驶通过性能，机动灵活，行驶速度高，可快速转移，转移到作业场地后能迅速投入工作，因此被越来越多的应用在工程建设、工业安装、设备检修、物业管理、航空、船舶、石化、电力、影视、市政