文献综述-重型清障车吊臂的有限元应力分析

第24卷第3期2007年6月吉 林 化 工 学 院 学 报4 007文章编号：100003舶69硝重型清障车吊臂的有限元应力分析张占国1，周金来2，李红丽3(1北华大学机械工程学院，吉林吉林13202l；2吉林沱牌农产品开发有限公司应用发展部。吉林吉林132北华大学化学生物学院，吉林吉林132013)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，得出各结构部件在不同工况下的应力分布图分析计算结果，找出结构不合理之处。提出改进意见，进而为产品的优化设计提供理论依据关键词：重型清障车；吊臂；有限元分析；应力中圈分类号：U 4696+92 文献标识码：吨位、重型的公路救援清障设备，可完成对公路上发生故障、事故车辆的救援、清障工作一般都具备托牵行驶能力、对故障、事故车辆(翻车)的扶正能力、起重作业和曳行能力，还配置了多种救援清障附件，可适配公路行使的国产、进口重型车辆1 问题提出如图1所示，重型清障车由底盘(下车)和救援清障系统(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、左右绞车、托架、副车架、前后活动支腿和救援附件构成工作时，可用托架将前桥或后桥托起，使发生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，增强了救援的灵活性，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，用于处理不同的事故车辆，包括小汽车、面包车、轻、中、重型卡车、集装箱、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、救援作业时承受的载荷工况比较复杂，在传统设计过程中只是根据经验确定其尺寸(参数)，缺乏精确的应力计算方法设计开发出的产品，在使用过程中会发现一些局部结构存在着不合理的地方，有的地方强度过强，而有些地方强度又过于薄弱，在作业时存在着很大的安全隐患，有时会造成巨大的经济损失因此，很有必要对清障车的吊臂进行较为精确的应力分析计算对设计、生产和制造加以指导，对于缩短产品开发周期，降低产品的开发成本，都具有很大的使用价值图1重型清障车结构图图2吊臂结构图2 吊臂应力分析的力学模型21 吊臂结构分析和坐标系的选择如图2所示，吊臂由基本臂和伸缩臂组成，主要承受轴向压力及弯矩二节臂均采用闭口箱形收稿日期：20：503作者简介：张占国(1972一)，男，吉林磐石人，北华大学讲师，硕士，主要从事机械设计方面的研究万方数据吉林化工学院学报 2007年结构，矩形截面，其制造工艺简单，具有较好的抗弯能力与抗扭刚度吊臂内部安装有执行伸缩臂相对基本臂伸缩任务的液压缸，二节臂间有相对滑动，靠其中的支撑滑块来支撑并传递力基本臂根部与转台铰接，可以相对转动，基本臂下部与变幅液压缸铰接，可改变吊臂仰角，吊臂端部安装有起升滑轮组吊臂的性能参数：额定起重量：全缩16000 伸8 o小仰角：6。，最大仰角：5l。吊臂材料及特性：基本臂和伸缩臂均用厚为5 它的板类零、部件及伸缩臂下底面焊接的两块滑块材料也均为16 本臂与伸缩臂上的其它滑块材料为尼龙6 710“N松比为03，密度为78m，屈服极限345 龙l 010的弹性模量为10710N松比为04，密度为10510kgo，抗压强度65 文中，是以基本臂最右端的矩形截面中心为坐标原点，以基本臂长度的方向为高度的方向为宽度的方向为符合右手螺旋法则22模型建立夏简化处理根据各结构部件几何尺寸和工作时的受力特点，在对吊臂离散化时采用3种单元，将变幅油缸、伸缩油缸模拟为吊臂安装固定铰支、变幅油缸安装轴、伸缩油缸安装轴及滑轮组安装轴模拟为由材料为16 板、耳板等板类零件模拟为滑块用咖杆单元模拟23单元网格的选择和划分在划分网格时，充分考虑到计算的复杂性，在不影响计算精度的前提下，对于不同的结构部位，特别是结构变化处、不同厚度的连接处及应力集中处等重要部位，网格划分的小而密；对于吊臂的前、后、上、下部等整块板则划的稀疏一些根据上述原则，采用的以很好地对吊臂的实体模型进行网格划分吊臂的有限元模型如图3所示围3吊臂有限元模型3边界条件吊臂自由度约束的确定：基本臂与铰支座铰接的轴(取为梁单元施加约束条件为ux、uY、和嗍、；变幅油缸与铰支座铰接点处(变幅油缸取为杆单元加约束条件为Y、4分析工况的确定吊臂工作角度不同，同工作角度下又处于不同的伸缩状态，所以选择吊臂工作角度为最小和最大又分别处于全缩、全伸状态作为分析工况。见表1袭1分析工况5 吊臂在各种工况下的应力计算结果根据建立的力学模型，进行边界条件约束、加载和计算由计算的结果可知，不同的结构部件在不同的工况下所受到的应力是不同的现对吊臂中的铰支座弯板、铰支座立板、变幅油缸支座、基本臂臂体、伸缩臂臂体等结构部件进行分析各结构部件不同工况下计算结果如表2所示裹2各结构部件在不同工况下的最大应力(况 工况l 工况2 工况3 工况4结构部件 最大应力最大应力最大应力最大应力由应力分布图可知： ”(1)铰支座弯板：吊臂仰角为5l。、处于全缩万方数据第3期 张占国等：重型清障车吊臂的有限元应力分析状态时，弯板所受到的应力最大，为380 大应力发生在弯板与固定铰支座的联接处(图4)此外，在其它工况下受到的应力都比较小，具有较高的强度储备，均不会受到破坏图4弯板在51。全缩时的应力分布图圈5立板在51。全缩时的应力分布图图6油缸支座在51。全伸时的应力分布圈(2)铰支座立板：吊臂仰角为5l。、处于全缩状态时，立板所受到的应力最大，为1190 大应力发生在立板与固定铰支座的联接处(图5)此外，在其它工况下受到的应力都比较小，均不会受到破坏(3)变幅油缸支座：吊臂仰角为5l。、处于全伸状态时，支座所受到的应力最大，为708 大应力发生在油缸支座与变幅油缸的联接处(图6)此外，在其它工况下受到的应力都比较小，比较安全图7基本臂在51。全伸时的应力分布图图8伸缩臂在51。全伸时的应力分布图圈9伸缩臂在51。全缩时的应力分布图(4)基本臂臂体：吊臂仰角为5l。、处于全伸状态时，基本臂臂体底面出现高应力区，所受最大应力为3030 应力区位于基本臂底面与变幅油缸支座接触处(图7)，但最大应力没有超过材料的屈服极限(345 还是安全的(5)伸缩臂臂体：吊臂仰角为5l。、处于全缩及全伸两种状态下，伸缩臂臂体底面均出现高应力区，高应力区位于伸缩臂底面与基本臂前端底面滑块的接触处全伸时最大应力达到3920 8)；全缩时最大应力高达4710 9)，两种工况下伸缩臂所受应力都超过了材料的屈服极限万方数据吉林化工学院学报 2007年6结 论(1)由计算结果可知，吊臂的总体应力水平不大，在各种工况下，高应力区与低应力区相比，所占比例较小，可以进行结构优化，减轻重量，改善性能；(2)伸缩臂臂体底面在吊臂仰角为5l。、处于全伸及全缩状态时，在其与基本臂前端底面滑块的接触处所受的最大应力超过了材料的屈服极限因此，对该处较薄弱的结构部位应予以加强处理，可以考虑增加伸缩臂底板厚度(可通过增加下加强板的厚度来实现)或采用大尺寸滑块，以增大受力面积参考文献：1】龚曙光北京：机械工业出版社，200329一1602 陈精一，蔡国忠电脑辅助工程分析：北京：中国铁道出版社，2001177一1873 冯慧华，夏全国用东华大学学报(自然科学报)，200l，27(1)：20一214杨厂保，薛河，刘金依利用煤矿机械，2002，(2)：28295缪炳荣，肖守呐内燃机车，2003，(6)：466】王凤丽，宋继良，谭光宇。等在哈尔滨理工大学学报，23，8(3)：2224of u I倒唱，&幽啵畸13202l，m，1，伽嘴0f 11EM)is 嘲0鹪nd f0r 【ey a珊；自呛鸥万方数据重型清障车吊臂的有限元应力分析作者： 张占国， 周金来， 李红丽， 张占国,华大学,机械工程学院,吉林,吉林,132021)， 周金来,林沱牌农产品开发有限公司,应用发展部,吉林,吉林,132101)， 李红丽,华大学,化学生物学院,吉林,吉林,132013)刊名： 吉林化工学院学报英文刊名： F F (期)： 2007，24(3)被引用次数： 0次参考文献(6条)脑辅助工程分析:刊论文然科学版) 2001(01)用刊论文002(02)刊论文003(06)刊论文003(03)相似文献(1条)型清障车吊臂结构模态有限元分析 8(12)利