伸缩臂叉装车总体结构设计

伸缩臂叉装车总体结构设计摘要：伸缩臂叉装车已成为高空作业设备的重要门类，是广泛应用于建筑工地、工矿企业仓库和其他工地上起升、运输、堆放砖头、木材、钢材和其他物料的一种起重运输设备，随着经济建设的发展，对其需求越来越大，对其性能的要求也越来越高。本文主要任务是完成对伸缩臂叉装车的总体计算、整体布局、臂架结构设计及其有限元分析。本文主要内容：⑴介绍伸缩臂叉装车的用途、国内外伸缩臂叉装车发展状况的比较、及其发展前景。同时对臂架的结构和工作原理做了简要介绍。⑵完成对关键铰点的布置，作业高度、作业幅度的计算，及整机稳定性的校核计算。并绘制出整机总体布局图。⑶臂架的结构设计，臂架的强度、刚度和稳定性计算，并用ANSYS软件进行臂架有限元分析。同时完成臂架系统装配图，一节臂、二节臂的装配图和相关零部件的工程图。⑷设计过程采用Pro/E软件进行三维实体建模，并进行装配，最后应用其工程图模块转化为二维工程图。本次设计的伸缩臂叉装车参考了JCB公司的JCB530型号伸缩臂叉装车的外形尺寸，并且严格按照《起重机金属结构》、《BS_EN_1459-1999》和《机械设计手册》等相关设计规范进行设计，其性能和质量满足相关要求。关键词：伸缩臂叉装车；稳定性；臂架；有限元分析TheFrameStructureDesignofTelehandlerAbstract：Telehandlerisakindofhoistingequipmentwhichiswidelyusedinbuildingsite、storageandotherplacetolift、transport、stackthetile、wood、steelproductsandothermateriel.Alongwiththedevelopmentofeconomicinourcountry,therequirementofcrawlercraneislargerandlarger,andtherequestofthecapabilityishigherandhigher.themissionofthispaperistocompletetheframestructuredesignof telehandler、thedesignofboomstructureandthefiniteanalysisofboom.Theprimarycontentsinthispapercanbeconcludedasfollows:Theuseofthetelehandler、thetelehandler'sdevelopmentcomparisondomesticwithabroad、andthedevelopmenttrendofthetelehandlerareintroduced.Atthesametime,thepaperintroducesthestructureofboomandhowboomworks,andgivestheprincipleofhowtochoosetheboom.Thepivotpointsarrangment,thecalculationofliftheightandforwardreach,andthecalculationofthestabilityarecompleted.Theintegrallayoutdrawingisprovided.Thestructuredesignoftheboom,thecalculationofthestrengthandstabilityoftheboomsystemareaccomplishedandthefiniteanalysofboomisachievedbyANSYSsoftware.Whileatthesametimeplanarengineeringdrawingmustbedone,suchastheassemblingoftheboomsystem,theboomonetheboomtwoandtherelatedparts.usethePro-Esoftwaretodesignthe3Dentity,andmakedummyassembly.Andthen,the3DentityistransformedtotheplanarengineeringdrawingwiththePro/Eplanarengineeringdrawingmodule.Inthedesignprocess,IrefertotheJCB530telehandlerofJCB,andaccordtothe《CraneMetalStuctrure》、《BS_EN_1459-1999》andthe《MachineDesignHandbook》strictly.Itscapabilityandqualitymeettherequirement.KeyWords：Telehandler；Stability；Boom；TheFiniteelementanalysis目录TOC\o"1-5"\h\z摘要 IABSTRACT II\o"CurrentDocument"绪论 1\o"CurrentDocument"伸缩臂叉装车概述 1伸缩臂叉装车简介 1国外伸缩臂叉装车发展状况 1国内伸缩臂叉装车发展状况 2国内伸缩臂叉装车的前景及发展趋势 2国内、外相关标准 3\o"CurrentDocument"第一章毕业设计任务书 4\o"CurrentDocument"1题目来源：实际应用 4\o"CurrentDocument"2设计要求和设计参数 42.1设计要求： 42.2设计参数： 4\o"CurrentDocument"3个人重点工作 5\o"CurrentDocument"4各阶段时间安排 5\o"CurrentDocument"5应阅读的资料及主要参考文献目录 5\o"CurrentDocument"第二章毕业设计计算说明书 5\o"CurrentDocument"1 设计参数及整机尺寸 5设计参数 6整机尺寸 6\o"CurrentDocument"重要铰点布置及其计算 7\o"CurrentDocument"作业高度H计算 8\o"CurrentDocument"幅度R计算 9\o"CurrentDocument"整机稳定性计算 9整体稳定性计算工况和载荷 9整体稳定性结果汇总 11\o"CurrentDocument"臂架结构设计及其计算 12臂架结构设计 12臂架理论计算 126.2.1臂架全伸，仰角62°时刚度、强度计算 13臂架全伸，仰角0度时刚度、强度、稳定性计算 246.3各臂节支反力计算 26对臂架整体受力分析 26伸臂时各臂节支反力计算 27缩臂时各臂节支反力及缩臂链拉力 29第三章：标准化审验报告 301技术分析 302结论 30\o"CurrentDocument"参考文献 32致谢 33绪论伸缩臂叉装车概述伸缩臂叉装车简介在高空作业类小型机械中，主要有高空作业平台、伸缩臂叉装车等种类。伸缩臂叉装车按结构型式主要分为回转式和非回转式，本文主要阐述非回转式伸缩臂叉装车。非回转式伸缩臂叉装车的结构分为上车和下车。上车主要包括臂架、连接装置、调平装置、附属装置等。下车主要包括驾驶室、底盘、发动机等。传统叉车的起升部分是立式门架，货叉主要沿垂直方向完成叉装、起升作业。起升高度受门架高度限制，主要用于货物装卸与转运作业。伸缩臂叉装车在叉装与起升作业方面与传统叉车相类似，其与传统叉车的不同之处是具有伸缩臂，伸缩臂和驾驶室置于两侧；伸缩臂可使货叉在水平方向前后伸缩、上下运动；臂架头部可配置多种附属装置，完成多种作业。伸缩臂叉装车主要功能有叉装运输、挖掘、抓铲、起升吊装、工作平台、清扫作业等。伸缩臂叉装车具有独特的优点，主要用在建筑工地、工矿企业仓库和其他工地上起升、运输、堆放砖头、木材、钢材和其他物料。伸缩臂叉装车能够利用多种附属装置，有效完成多种不同作业，真正成为多功能工程机械。伸缩臂叉装车的特点有［1：］（1）灵活性伸缩臂叉装车采用四轮驱动型式，有三种转向模式（前轮转向、四轮转向、斜行行走），双速齿轮变速箱，转弯半径小，能在狭小的空间灵活、快速、准确作业。（2）多用性伸缩臂叉装车用途广泛，可长时间连续作业。有一系列可快速更换的附属装置供选择，包括货叉、铲斗、桁架臂、立式门架等。无需购买其他机型，只需在机器上增加几个可用附件，就可以提升叉装车的生产能力、灵活性及工作效率。（3）稳定性及安全性伸缩臂叉装车轴距长、重心低、车架前部可安装稳定支腿且臂架具有伸出、降低自动锁定功能、发动机置于车架纵向中心，使其在山坡和崎岖地带可以保持稳定；重量分布均匀，四轮驱动，改善了在泥泞地、岩石地带、沙土及雪地上的机动性；视野开阔并。国外伸缩臂叉装车发展状况国外伸缩臂叉装车增长速度非常快，仅在美国，伸缩臂叉装车市场每年增长25％。在欧洲市场，伸缩臂叉装车继2004年需求市场再一次发展良好之后，2005年的销售量也显著提高，达到每年2.1万台，市场曾经预测其销售量只能达到每年2.1万台，但2006年销售量剧增14%，市场的需求量超过2.6万台。来自租赁公司特别是英国和法国租赁公司的巨大需求将使该产品有良好的市场前景。预计未来5年的销售量每年有可能稳定在2.3万〜万台的水平。国外主要生产商绝大部分集中在欧美，如美国的JLG、Genie、Terex、Case、Upright、Bobcat，英国的JCB，法国的Haulotte、Manitou,意大利的Faresin、NewHolland，德国的Merlo,加拿大的Carelift等生产厂家。美国JLG有限公司成立于1969年，是全球最大的高空作业设备专业生产厂家。其生产工厂分布在美国和比利时。JLG伸缩臂叉装机的主要对象不是建筑工程，而是类似化工厂的工厂以及工厂仓库等［2］。2005年JLG与Caterpillart(卡特彼勒)签订协议，合作生产伸缩臂叉装车，并于2007年推出了TH360B系列伸缩臂叉装车，该系列产品起重量3.5t—5t,起升高度6.1m—17m⑶。JLG伸缩臂叉装车家族中分四大类：Skytrack、Gradall、Lall、JLG。意大利制造商Faresin集团下属7个子公司，职能包括设计、生产、销售等行业。其中，FaresinHandlesSpa是于2006年6月Faresin收购PingvelHaulotte后组成的新公司，主要生产伸缩臂叉装车［4］。法国Manitou公司产品遍布20个国家，有500个销售网点和23家子公司。其生产基地分别位于法国、意大利、中国、美国。其产品品牌系列化，如伸缩臂叉装车品牌为Maniscopic、车载式叉装车Manitransi。法国的Manitou伸缩臂叉装车系列分为5大系列:BT系列、MT系列、MRT系列、MHT系列、MLT-MLA系列】5］。国内伸缩臂叉装车发展状况中国伸缩臂叉装车制造史要追溯到1989年，是由厦门嘉丰机械厂与同济大学联合设计生产出第一台伸缩臂叉装车［6］。中国的伸缩臂叉装车起步晚，但是经过这几年的发展，其技术已经有了长足的进步。国内不少于8家公司已经制造出伸缩臂叉装车或者正在进入该行业［7］。在2007年CONEXPO亚洲工程机械博览会上，中国湖南山河智能公司更是展示出高技术的三节臂的伸缩臂叉装车，代表了国内的先进水平。现在主要的生产厂家有湖南的山河智能、山东滨州胜利特种叉车厂、厦门的夏嘉、夏虎和三家乐等公司。国内伸缩臂叉装车的前景及发展趋势随着国内物流、安装等行业顺应国际潮流而快速发展，市场上对高举升、大卸距装载机械的需求日趋迫切。由于伸缩臂叉装车具有超常的大作业范围、优越的平动升降、大行程的伸展功能以及独特的小净空结构，其应用范围主要有：物流行业货物流通过程中的仓储、装卸、搬运环节；工业垃圾收集、储运及预处理行业；农村对农作物的晾晒、收集、包装、储运及处理作业；农村小型土、石方工程；露天工程、设施的设备安装作业；道路、市政工程、邮电及电力设施的设备安装作业；石材流通领域中石板材、石雕产品货柜的装卸；工厂企业中的物资装卸及设备维护；船舱物资的装卸作业；园林企业的树木维护；低层建筑的物料搬运。国内不同行业对伸缩臂叉装车的使用要求也不同，具体为：国内存在大量的小型煤炭、砂石料、饲料等散状物料储运相关企业，大都采用中小型装载机进行物料的搬运和堆积。随着铁路高帮敞车和公路高帮货车及厢式货车的普及使用，目前常规装载机与叉车的作业范围与实际作业需求不相适应。对于一些常见的非常规的特殊装卸、搬运作业，如在非固定场所进行以下各种散装作业：敞开或盛装液体容器等不可倾斜物料的装卸、“隔墙”装卸、越沟作业、“腹下”小净空安装工程、高温物料的装卸等等，一直以来，都需要采用特定的配套装备和操作工艺，耗费人力、物力资源，作业周期长。而采用伸缩臂叉装车，可以轻而易举地实现高效率、低成本。另外，从INTERMAT2006国际建筑及土木工程机械博览会可以看出，参展的小型工程机械种类中，伸缩臂装载机、伸缩臂叉车等产品明显增多［8。］其主要原因是由于欧美等发达国家大规模的建设时期已经过去，施工建设以维护为主，因此，对小型机械的需求较大。未来的中国，一方面大规模的经济建设仍将继续，另一方面，维护改造的工程会不断增加，伸缩臂叉装车的优势可以充分的发挥出来。未来四年国内市场需求高速增长，每年增长将维持在千台以上。通过综上所述，中国的伸缩臂叉装车未来几年内必然会有良好的市场前景。国内、外相关标准国内相关标准为《伸缩臂叉装车规范(GJB4555—2003)》，其于2003年12月3日由中国人民解放军总后勤部公布。该规范规定了伸缩臂叉装车的要求，适用于OCS2002-3伸缩臂叉装车。该标准分为6部分—范围、引用文件、要求、质量保证规定、交货准备和说明事项。要求主要包括：基本参数、产品质量及技术要求、叉装车动力性能、稳定性、作业可靠性、行驶可靠性、噪音等。质量保证规定主要包括：检验分类、基本参数测定、产品质量检验、动力性能测试、试验载荷、行驶可靠性等。在国外，美国伸缩臂叉装车标准为《RoughTerrainForkLifts(ANSIB56.6)》，澳洲伸缩臂叉装车标准为AS1418-19forTelehandlers，欧洲伸缩臂叉装车标准为《Safetyofindustrialtrucks-Self-propelledvariablereachtrucks(EN1459)》。第一章毕业设计任务书题目：伸缩臂叉装车Title：DesignofTelehandler1题目来源：实际应用设计要求和设计参数设计要求：1）整体布局图、臂架结构图共两张零号图纸；2）零部件图2~3张；3）设计计算说明书一份；4）外文资料翻译2万字符；5）全部设计图纸用Pro/E完成。设计参数：1）作业工况：最大起升载荷：3500kg；最大起升高度：6988mm；最大高度下的最大起升载荷：3000kg；最大幅度：3923mm；最大幅度时的最大起升载荷：1200kg；臂架变幅角度：-4~62°；收藏状态下臂架仰角：-3°；接近角：90°离去角：65°轴距：2850mm；轮距：1845mm；车架离地间隙：440mm；整机质量：约6.8t；整机尺寸：4600X2250X2300mm（不带货叉）；2）机构参数最高时速：24km/h；爬坡能力：60%（空载）；22%（带载下行，EN1459AnnexB）；50%（空载行走斜侧倾角，EN1459AnnexB）臂架动作时间（空载/满载）：向上变幅时间：6.7/7.3S；向下变幅时间：4.8/4.6s；臂架伸出时间：7.1/7.3S；臂架缩回时间：5.7/5.5S；铲斗向上/向下动作（空载）：3/2S。个人重点工作总体计算、整机布局、臂架设计各阶段时间安排应完成的工作量（按学期周次排）第4周〜第5周：第6周〜第7周：第8周〜第9周：第10周〜第11周：第12周〜第13周：第14周：第15周：第16周：查阅收集整理资料，分析研究设计任务，熟悉绘图软件确定整机布局，进行整机布局设计；臂架结构草图绘制；绘制整机布局图、臂架结构图；绘制零部件图；整理计算书；完善全部设计图纸，整理完成设计说明书；制作ppt,准备答辩。应阅读的资料及主要参考文献目录1）杨长睽主编．起重机械．北京：机械工业出版社，19872） 起重机设计规范（GB3811-2008）.国家标准局，20083） 成大先主编．机械设计手册．北京：化学工业出版社，19984） 王金诺主编．起重运输机金属结构．北京：中国铁道出版后送，19835） EN1459：1999SafetyofinduStrialtruckS:SelfpropelledvariablereachtruckS；6） 国外叉装车样本资料第二章毕业设计计算说明书1设计参数及整机尺寸设计参数1）作业工况：本次设计给定的设计参数如下：最大有效载荷：3500kg；最大提升高度：6988mm；最大高度下的有效载荷：3000kg；最大前伸量：3923mm；最大伸长时的有效载荷：1200kg；臂架变幅角度：-4~62度；收藏状态下臂架仰角：-3度；接近角：90度离去角：65度；2）机构参数最高时速：24km/h；爬坡能力：60%（空载）；22%（带载下行，EN1459AnnexB）；50%（空载行走斜侧倾角，EN1459AnnexB）；臂架动作时间（空载/满载）：向上变幅时间：6.7/7.3s;向下变幅时间：4.8/4.6s;臂架伸出时间：7.1/7.3s;臂架缩回时间：5.7/5.5s；铲斗向上/先下动作（空载）：3/2s整机尺寸根据标准要求，参照JCB530伸缩臂叉装车外形尺寸，设计伸缩臂叉装车整机尺寸如下（见图1）：总长：4868mm；总宽：2250mm；总高：2300mm；车架离地间隙：440mm；轮距：1845mm；轴距：2850mm；整机质量：约6.8t

2850 705486&图1整体布局简图2重要铰点布置及其计算根据叉装车特点，为了方便分析，各个铰点的坐标是以两轴中心线与变幅平面交点的中点为原点坐标建立的。建立数学模型如图2.1所示：图2.1铰点布置数学模型A：—节臂质心；B：二节臂质心；H：变幅油缸质心;P:货叉质心；Mn：为载荷质心；S1—伸缩油缸的伸长量；a-臂架仰角；d—变幅油缸上铰点到臂架根部铰点的距离（平行于臂架方向）；dl〜d2—全缩时各节臂质心到臂架根部铰点的距离（平行于臂架方向）；dk—全缩时K点到臂架根部铰点的距离（平行于臂架方向）；h—变幅油缸上铰点到到臂架根部铰点的距离（垂直于臂架方向）；hl〜h2—各节臂质心到臂架根部铰点的距离（垂直于臂架方向）；hk—K点到臂架根部铰点的距离（垂直于臂架方向）；已知：Ol、Hl点的坐标如下：Ol（-2772,l565）Hl（-l680,936）表2-l其它各点的动态坐标如下：xyH201x+dXcosa+hXsinaO1y+dXsina-hXcosaAO1x+d1Xcosa+h1XsinaO1y+d1Xsina-h1XcosaBO1x+(d2+sl)Xcosa+h2XsinaO1y+(d2+sl)Xsina-h2XcosaKO1x+(dk+2Xsl)Xcosa+hkXsinaO1y+(dk+2Xsl)Xsina-hkXcosa作业高度h计算根据《BS_EN_1459-1999》对作业高度的要求：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"h=h+（l+si）xsin（a）一h （3.1）o1 1 p1式中：h—臂架后铰点到地面的高度，h二1650mm；o1 o1—臂架全缩时臂架后铰点与货叉与臂头连接铰点的距离，l=4134mm；IIsl一油缸伸长量,si=2865mm；maxh—货叉与臂头连接铰点距货叉顶面高度，h二366mm；p1 p1a—臂架仰角，a变化范围为-4。〜62。；当油缸全伸，臂架仰角达最大值时，货叉达到最大作业高度时：hmax=7463mm当考虑臂架下挠度时：hmax=7463-198=7265mm。此时的最大作业高度是货叉底面到地面的距离。幅度R计算根据《BS_EN_1459-1999》对幅度的规定，按以下公式计算：R=（1+si）xcos（a）+Hkxsin（a）一l+1 （4.1）1 oo1p1—a为臂架仰角，a变化范围为-4°〜62°；—si为油缸伸长量，si=2865mm；max—l］臂头铰点到后铰点的距离（平行臂架方向），全缩时为4134mm；—Hk为臂头铰点到臂架后铰点垂直臂架方向的距离930mm;—l后铰点到前轮边缘的距离，l二3980mm；oo1 oo1—l为载荷重心到前铰点的距离，l二905mm；p1 p1当臂架水平全伸时幅度为最大R=3924mm，此时油缸伸长量为2865mm；整机稳定性计算整体稳定性计算工况和载荷根据欧洲标准《BS_EN_1459-1999》对稳定性的规定，整体稳定性计算的载荷和力的方向如表5-1所示。表5-1整体稳定性计算的载荷和力的方向额定载荷（Q） 结构载荷（Sn） 风力载荷（W） 图解工况 X1.Q XQ.1X1.QXQ.1X1.QXQ.11）堆垛（打支腿）VAVAHH图6-12）行走VSVSHH图6-23）堆垛（不打支腿）VAVAHH图6-3注：V-垂直，H冰平，A-倾角，S-斜坡上角度计算的三种工况分别为：（1）堆垛（打支腿），如图5-1所示

行走，如图5-2所示；堆垛(不打支腿)，如图5-3所示;图5-1堆垛打支腿时整体稳定性计算简图=、•...倾覆线图5-2行走时整体稳定性计算简图三」=<i.j图5-3堆垛不打支腿时稳定性计算简图图5-2中的Z为路缘石测试的系数，取在z=0.1。计算倾覆和稳定力矩时，应以最不利的倾覆线来计算，且底盘处于最大允许倾斜状态。计算所得的稳定力矩大于倾覆力矩则稳定性符合要求。计算各工况稳定性时：（1） 确定各载荷作用点在相应作业幅度下的坐标，坐标系的规定见本论文第三章“铰点布置及计算”部分；（2） 各作用力对倾覆线与地面交点取矩，将稳定力矩（正的力矩）和倾覆力矩（负的力矩）分别求和；（3） 由公式安全系数=稳定力矩/倾覆力矩，求安全系数，然后和最小安全系数做比较，大于最小安全系数代表稳定性通过。各工作情形最小安全系数如表5-2所示。表5-2各工作情形最小安全系数臂架仰角安全系数1）堆垛0。1.41.342）行走0。注：详细的计算过程见附录Matlab程序整体稳定性结果汇总以下给出的曲线为臂架从-4。变幅到62。，且处于各个仰角下最大作业幅度时的n（n=稳定力矩/倾覆力矩）值。（1）堆垛（打支腿）此时臂架全伸，仰角0°载荷为1200kg,由图5-4可见，稳定性系数最小值大于最小稳定性系数1.4，故稳定性合格。图5-4堆垛（打支腿）整体稳定性计算结果

（2）堆垛（不打支腿）此时臂架全伸，仰角0°,载荷为800kg,由图5-5可知，稳定性系数最小值大于最小稳定性系数1.4，所以稳定性通过。图5-5堆垛（不打支腿）稳定性计算结果（3）行走此时臂架全缩，起升高度为300mm，载荷3500kg此时由程序计算稳定性系数n=1.69，大于最小稳定性系数1.34，所以，稳定性通过。臂架结构设计及其计算6.1臂架结构设计3006臂架理论计算

表6-1臂架截面参数一节臂二节臂惯性矩Iy（mm4）1.58e+O87.55e+07惯性矩Iz（mm4）9.20e+074.77e+07抗弯模量Wy（mm3）1.17E+066.56E+05抗弯模量Wz（mm3）4.44E+053.O8E+O5质量m(kg)274228截面积（mm2）53007190对高空作业车进行整体分析可知：当臂架仰角62。且全伸时，为整机最大作业高度；当臂架仰角0且达到最大幅度时，整车稳定性最差。所以强度、刚度分析的计算工况如表6-2表所示。表6-2强度、刚度分析时计算工况工况额定载荷结构载何手工力风载荷臂架仰角62度，全伸mx1.33QJ1MPw臂架仰角0度，达到最大幅度mx1.33QJ1MPw6.2.1臂架全伸，仰角62时刚度、强度计算臂架的几何简图如图6-2所示：基本臂二节臂■J--2200268038001000700042603920基本臂二节臂■J--2200268038001000700042603920（1）.臂架受力分析1）变幅平面的强度计算载荷垂直载荷Q：其中：Q－额定载荷，Qo=(2500其中：Q－额定载荷，Qo=(2500x1.5)x9.81=36787.5N；(6.1)平台自重，=317x9.81=3109.77N；2=50043.56NQ=p(Q。+G)+1咒G=1.2x(2500x1.5x9.8+317x9.81)+1x1.1x(1.2x2=50043.56N－臂架自重，(6.4)Q=Q－臂架自重，(6.4)Q=Qo+1G=24525+1x30490.153 334688.3N(6.6)=(1.2x502)x9.81=5909.54N由Q引起的轴向力N:N=Qcosa=50043.56xcos62°=23434.7N (6.2)由Q引起的横向力TzT=Qsina=50043.56xsin62°=44185.3N (6.3)z由Q引起的臂头力矩M:lyMly=Q*L7+G*L11+G*L12=36787.5x905+265x328+52x205=34249947N00102旋转平面的强度计算载荷臂端的侧向力T:yT=0.1(Q+G)=0.1x(36787.5+3109.77)=3989.7Nh00T=0.4Pw=0.4x692.3=276.9Nb(6.5)T=T+T=3989.7+276.9=4266.6N(6.5)yhb由Q引起的轴向力N:N=23434.7N3）变幅平面刚度的计算载荷刚度计算载荷只考虑有效载荷的静力作用，即不考虑平台自重G和动载系数p。o2垂直载荷Q:其中：Q—额定载荷，Q=2500x9.81=24525N；o由Q引起的轴向力N:TOC\o"1-5"\h\zN-Qcosa=34688.3xcos62°=16285.2N (6.7)由Q引起的横向力tzT=Qsina二34688.3xsin62二30628.1N (6.8)z由Q引起的臂头力矩M:lyM=Qxb=24525x905二22195125N•mm (6.9)ly° 1旋转平面的刚度计算载荷臂端的侧向力T:yT二T二0.1(Q+G)二0.1x(36787.5+3109.77)二3989.7N (6.10)yh 0 0由Q引起的轴向力N:N二16285.2N使吊臂扭转的扭矩侧向力偏心和平台偏转引起的扭矩M:nMn=QxL7+QxL11+QxL12+Txe1=24525x905+265x328+52x205+3989.7x6600m1m2Y=24926178.5N(6.11)(6.12)(2).臂架的临界力(6.11)(6.12)1)变幅平面的临界力Ncry①臂架在变幅平面内为简支外伸梁，由支承形式决定的长度系数由//L二2200/7000沁0.3按插值法查表得r二1.6。1c1②由变截面决定的长度系数卩2臂架为两节伸缩臂，a二3900/7000二0.557)1=2.09I 1.58x10=2.09B=—y1=2I 7.55x107y2查表得卩=1.062。兀2EI 兀2x2.05x105xl.58x10sN= y^=cry屮卩L)2 (1.6x1.062x7000)212=2.26x106N2)旋转平面的临界力Ncrz①臂架在旋转平面内为悬臂梁，由支承形式决定的长度系数卩二2。1②由变截面决定的长度系数卩2臂架为二节伸缩臂，a二0.5571I 9.02x107B =2I 4.77x107z2二1.89(6.13)查表得卩=1.046。2③旋转平面的临界力Ncrz冗2EI-(卩卩L)21 2c兀2x2.05x105x9.°2x107二8.5x105N(2x1.046x7000)2(6.14)(3)臂架的强度计算1)各节臂危险截面1)各节臂危险截面A、B的弯矩如下：M=M+TH=34249947+44185.3x4900=2.5x108N-mmAy LyzAM=M+TH=34249947+44185.3x3160=1.7x108N-mmBy Ly zBM=TH=4266.6x4900=2.1x107N-mmAzyAM=TH=4266.6x3160=1.3x107N-mmBzyB2)臂架非重叠部分强度校核(6.15)轴向力由伸缩油缸承受，臂架结构只承受双向弯曲。吊臂截面角点处正应力按下式计M yNW(1--)y0.9NcryM+FW(1--)

z0.9Ncrz(6.16)臂架材料采用60钢，o二400MPa,o二675MPasbo400s= =0.6<0.7o675b(6.17)[o]= =300.75MPa1.33 1.33(6.18)=里=型竺=173.6MPa<3 <3(6.19)oAxMM+FW(1- - )W(1-y1 0.9N zicry2.5x1080.9N)crz2.1x1072343471.17x106x(1- )4.44x105x(1- )0.9x2.26x106 0.9x8.5x1057=216.2+48.8=265MPa<[o]23434.7(6.20)O=BxM―ByMN+ __W(1- - )W(1--)y2 0.9N z2 0.9Ncry crz1.7x108234347 +6.56x105x(1- )0.9x2.26x1067=262.2+43.51.3x10723434.7珈x105x(1-(6.21)=305.7MPa>Q]翼缘板和腹板上的剪应力：TMT= y+ n—AB2B8 08AB min+2492617.85二3.16+1.45二4.61MPa2x135x5 343652x54266.6TMT= z+ n—AH 2H8Q8AH min二4266・6+2492617・85二1.09+1.45二2.54MPa2x390x5 343652x5TMT= y+ n—BB 2B8 Q6BB minTMTTMT= y+ n—BB 2B8 Q6BB minTMT= z+ n—BH2H8 08BH minx115x5 2x67172.2x5441853+24926178-5二16.36+37.1二53.3MPa2x270x5 2x67172.2x5(6.22)其中M—侧向力偏心引起的扭矩；nQ—截面轮廓中线所围成面积的两倍;8—截面中的最小壁厚；minB—翼缘板最小宽度；H—腹板高。表6-3危险截面剪力计算参数表一节臂二节臂0(mm2)2061521391928min66B300260H360280计算表明危险截面上的剪应力都很小，远小于许用剪应力[t]=173.6MPa，因此在后面的工况中可略而不计3）臂架重叠部分强度校核：①局部弯曲问题：二节臂下翼缘板角点A,只有总体弯曲应力按下式计算ByW(1-y20.9NW(1-z20.9Ncrzcrzcry6.566.56x105x(1-1.7x10823434.7 )0.9x2.26x106)1.3x1072343473.08x105x(1- )0.9x8.5x105(6.23)此处应局部加强下翼缘板滑块支承力作用点B附近的应力（下翼缘板滑块支承力Nh作用点B附近处应力按整体弯曲和局部弯曲联合作用进行强度校核：）局部弯曲应力N147219g 二K—h=0.0333x 二68.1MPax' yjo2 6x6(6.24)Nh=0.5N11N11滑块支反力（见臂架受力分析）根据厂和节 查表有:y = 200 _b 292 -£ _ 45b _ 292 _0.680.15局部弯曲应力系数K=0.0333整体弯曲应力M M bG_ By + BxBxW(1- — )W(1- — ) bAy2 0.9— z? 0.9—cry crzM_G_ By—x —W(1-—y2 0.9—cryByMb-+ Bz XB—b)W(1- - ) bAz2 0.9—crz_275.1MPa<[g](6.25)bA为臂架下角点A到臂架纵向中心线距离即0.5HbB为臂架滑块作用点B到臂架纵向中心线距离复合应力:G_.BG+G)2+G2-G(G+G)+3T2* X xj yj yj X xj B_(275+68.1)2+68.12-68.1(275+68.1)+360.92_331.8>1.1[g]_330.8MPa此处需局部加强所以臂架的强度符合要求4).臂架的刚度校核i2I2i1i1L=/1)侧向载荷引起的臂端挠度fw图6-3变幅平面臂架计算简图①变幅平面各节臂端的侧向载荷(6.27)M二M+TH(6.27)i lyzi+1M=M+TH=3.47x106+8121.49x17525=1.46x108N-mmly z2M=M=3.47x106N-mmlyiz臂端挠度f =工f+^0Hwzi i+1i+1i=1i=i=1式中f=i(6.29)Er与-3L1i+壬-牛)+3Etl1(L式中f=i(6.29)yi yiL22 l2lL22 l2l2 T(―-LI+壬-—)+亠L(L-1)223116 6 3EI 111y11083522( —x10835x3400+M■= 11Ely11.46x1082.05x105x3.33x108 2 3 68121.4934002 21102—*)+3x2.05x105x3.33x108X10835X(酰35-珈。)2=99.19mm213523x2.05x213523x2.05x105x2.15x108X酰站X㈣35一^)2=121.4mm9i+1— 2 2T L2 2=—「(L-—1-1)+—^(—-11EIi3i3i+1 EI2 3ii+1yi yi12 12+—^—i11)66(6.30)M L2 2 l2l2T(-2-L1+亠-亠)+一—L(L-1)2EI2 322 6 6 3EI222TOC\o"1-5"\h\zy2 y27.48x107 1083522 21102( -—x10835x2110+2.05x105x2.15x108 2 3 68121.491.46x1082.05x1.46x1082.05x105x3.33x1088121.492.05x105x3.33x108108352-3x3400x2110+34002621102)6)— 2 2TL22 12121(L——1—1)+1—(4—11+——2

EI13132EI2 312 6 6y1 y1(10835-3x3400-1x2110)+=0.0218rad因此，f=f+f+9Hwz1222=99.19+124.4+137.93+0.0218x17525+0.0238x8780=953.91mm②旋转平面M二M+TH (6.31)i lz y i+1M=M+TH=0+1541x17525=2.7x107N-mmlz y 2M=M=0N・mmlzT二Tiy12臂端挠度f二工f+^9Hwyi i+1i+1i=1 i=1(6.32)式中f=iML22 l2l2 T一(—-Ll+亠-»)+―L(L-1)2EI2 3ii6 6 3EIiiizi zi(6.33)L2 2l2 l2 T1(十-Ll++-亠)+亠L(L-1)2EI2 3 11 6 6 3EI 111z1 z12.7x107 10835221102 ( )+2.05x105x1.74x108 2 615413x2.05x105x1.74x108X10835X曲5)2=62.02mmM乙EIz2L2 2 l2 l2 T(-2-Ll+*-亠)+一—L(L-1)22 3 22 6 6 3EI 22 2z21.35x1072.05x105x1.11x108(108352(23x10835x2110+21102213523x2.05x105x1.11x108x10835x(10835-2110)2M22T L22 l2l2(6.34)0 =J(L——l—l)+ i—(J—ll+—^—i+l)(6.34)TOC\o"1-5"\h\zi+1 EIi3i3i+1 El2 3ii+1 6 6zi ziM 2 2T L22 l2l24(L—l—l)+ 1—(i—ll+ —2EI13132EI2 312 6 6z1 z12.05x2。1T；4x108(10835-1X2110)+1541 108352 21102(—)2.05x105x1.74x108 2 6=0.0078rad因此，f=f+f+0Hwy1 23 2 2=62.02+44.35+41.98+0.01x17525+0.01x8780=359.45mm2)轴向力和横向载荷引起的臂端挠度及其刚度校核变幅平面：1—0.9N(f +Az士1学1)wz 1—0.9N(f +Az士1学1)wz li=1 i+1cry1—10777.590.9x1.95x105空+8780)]=1056.02mm2110 2135(6.35)L2 28.362[J]=10001000=o.8o429m=804.29mm.=1y=1 N~1—0.9Ncrz11 91—0.9x8.85x104(f +Ay*学1)wy li=1 i+1[359.45+2(17525+8780)]=444.44mm2110 2135[f]=0.7L2=0.563m=563m可认为该工况下臂架的刚度满足要求。(5).臂架整体稳定性校核进行臂架的稳定性校核时，按双向受压杆计算，公式中的甲,札C,C,C可认为该工况下臂架的刚度满足要求。(5).臂架整体稳定性校核进行臂架的稳定性校核时，按双向受压杆计算，公式中的甲,札C,C,C均取为1。ozoymy取臂架根部最大应力计算：ozli=1 i+1H=Az(212H 175258780+3)=3( + )=37.25mml 211021353i=1oyH―i+1li+1H 17525l 21103品=24.84mm(6.36)TOC\o"1-5"\h\zM=Nf+M=15253.94x24.84+0=3.79x105N-mmoz oy lzM=Nf+M=15253.94x37.25+3465280=7.22x106N-mmoy oz ly(6.37)M=T-H=1541x23940=3.66x107N-mm(6.37)Hz y AM=T-H=11494.67x23940=2.73x108N-mmHy z A一N+[—A1-0.9NcrzM+一N+[—A1-0.9NcrzM+M oz Hz15253.94=+894[—1-0.9x8.85x10415253.941M+MLN」W-0.9N ycry3.79x105+3.66x107]+6.71x105[—1-115253.940.9x1.95x1057.22x106+2.73x1081.9x106=231.26MPa<Q]所以臂架的整体稳定性符合要求。6.2.2臂架全伸，仰角0度时刚度、强度、稳定性计算(该工况下计算步骤和方法同臂架全伸，仰角62度的工况，故不再详细的列出计算过程，仅给出计算结果)表6-4计算载荷变幅平面强度计算载荷刚度计算载荷垂直载荷Q(N)45110.326575.3由Q引起的轴向力N(N)2117812476.4由Q引起的横向力Tz(N)3983023464.6臂头力矩Mly(N•mm)4178208522195125

临界力Ncry(N)2.43E+06旋转平面臂端侧向力Ty(N)38002452.5由Q引起的轴向力N(N)2117812476.4Mlz(N•mm)00临界力Ncrz(N)1.25E+06扭矩Mn(N•mm)4.48E+071.96E+06表6-5臂架刚度校核H2(mm)3260侧向载何引起的臂端挠度fw变幅平面旋转平面M1(N•mm)9.87E+078.00E+06M2(N•mm)2.22E+070.00E+00M3(N•mm)T1(N)23464.62452.5T2(N)23464.62452.5T3(N)f1(mm)8.660.9656f2(mm)20.52.004转角2(rad)0.00730.0007挠度fwz=52.86fwy=5.2由轴向力和横向载荷引起的臂端挠度fz=53.17fy=8.25许用挠度[f]49mm34mm表6-6臂架非重叠部分强度校核危险截面距臂头的距离H(mm)A4800H(mm)B3260各危险截面弯矩(N•mm)变幅平面旋转平面截面A1.91E+081.82E+07截面B1.30E+081.24E+07

各危险截面应力(MPa)截面Ac198.1255.7臂架材料采用60钢，Q二400MPa,Q二675MPabc400s= =0.6<0.7c675bc400Q]=a= =300.75MPa1.33 1.33[c]300.75[t]= = =173.6MPa\：3所以该工况下臂架的强度满足要求。表6-7臂架整体稳定性校核foz(mm)11.76foy(mm)7.84Moz(N•mm)9.78E+04Moy(N•mm)2.23E+07Mhz(N•mm)1.18E+07Mhy(N•mm)1.13E+08c(MPa)139.05[c](MPa)300.75所以整体稳定性符合要求6.3各臂节支反力计算6.3.1对臂架整体受力分析KMQyLGF1a1图KMQyLGF1a1图6-6臂架整体受力分析图臂架整体受力分析如图6-6所示，所受力为臂架自重G。额定载荷Q,Q对臂头产生的弯矩M。变幅油缸力Fl,F1与x方向的夹角为b。变幅油缸自重Gbf。臂架根部铰点支反力Nx、Ny。臂架仰角a。臂架总长1,一节臂横截面高H1。变幅油缸铰点到臂架根部铰点A沿x方向的距离为L,沿y方向的距离为H。Gbf到A点距离Lbf。额定载荷Q作用点K距A点沿y方向的距离Hk。对于图示坐标系的x轴方向的力平衡：工x=0即:-Nx+F1*cos(b)-Gx-Qx=0 (6.37)对于图示坐标系的y轴方向的力平衡：工y=0即：-Ny+F1*sin(b)-Gy-Qy=0 (6.38)对于图中坐标系的A点列力矩平衡方程工M=0即：F1*cos(b)*H+F1*sin(b)*L-Gx*H1/2-Gy*1/2-Qx*Hk-Qy*1-M=0 (6.39)已知：Q,M,G,Gbf求：F1,Nx,Ny解得：F1=1/2*(Gx*H1+Gy*1+2*Qx*Hk+2*Qy*1+2*M)/(cos(b)*H+sin(b)*L); (6.40)Nx=1/2*(cos(b)*Gx*H1+cos(b)*Gy*1+2*cos(b)*Qx*Hk+2*cos(b)*Qy*1+2*cos(b)*M-2*Gx*cos(b)*H-2*Gx*sin(b)*L-2*Qx*cos(b)*H-2*Qx*sin(b)*L)/(cos(b)*H+sin(b)*L);(6.41)Ny=1/2*(sin(b)*Gx*H1+sin(b)*Gy*1+2*sin(b)*Qx*Hk+2*sin(b)*Qy*1+2*sin(b)*M-2*Gy*cos(b)*H-2*Gy*sin(b)*L-2*Qy*cos(b)*H-2*Qy*sin(b)*L)/(cos(b)*H+sin(b)*L);(6.42)6.3.2伸臂时各臂节支反力计算二节臂

图6-7二节臂受力分析二节臂受力分析如图6-7所示，所受力为额定载荷Q,二节臂自重G2,伸臂链拉力滑块支反力N21,N22,滑块摩擦力f21,f22。二节臂总长为L2,二节臂横截面高为H2,二节臂拾接长度12。Q对A点力矩平衡工M=0即：T*H2+N21*12-f21*H2-G2x*H2/2-G2y*L2/2-Qy*L2-M=0(6.43)Q对于图示坐标系的x轴方向的力平衡：工x=0即：T-f22-f21-G2x-Qx=0Q对于图示坐标系的y轴方向的力平衡：工y=0(6.44)即：-N22+N21-G2y-Qy=0(6.45)另外：f21=(RXN21)(6.46)f22=(rxN22)(6.47)卩一摩擦系数，取为0.1已知：Q,M,G2求：N21,N22,T

解得：T=((G2y*H2+Qy*H2)*M2+(-H2*Qx+2*Qy*L2-12*G2y-12*Qy+2*M+G2y*L2)*u+G2x*l2+Qx*12)/(u*H2+12); (6.48)N21=l/2*((2*G2y*H2+2*Qy*H2)*u-G2x*H2-2*H2*Qx+2*Qy*L2+G2y*L2+2*M)/(u*H2+l2); (6.49)N22=1/2*(-G2x*H2-2*12*Qy-2*H2*Qx+2*Qy*L2-2*12*G2y+G2y*L2+2*M)/(u*H2+12);(6.50)6.3.3缩臂时各臂节支反力及缩臂链拉力二节臂图6-8二节臂受力分析图6-8二节臂受力分析二节臂受力分析如图6-8所示，所受力为额定载荷Q,二节臂自重G2,缩臂链拉力Ts,滑块支反力N21,N22，滑块摩擦力f21,f22。二节臂总长为L2，二节臂横截面高为H2，二