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重型自行式平台臂架结构动静态分析及优化

作　者: 王一泽
导　师: 车仁炜
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 箱型伸缩臂 有限元分析 整体稳定性 结构优化
分类号: TH211.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


重型自行式平台臂架节数多、铰点多、工作位置多,受力复杂,承受弯扭剪复合载荷,并且工作环境多为高风载,高沙尘工地。本课题来源于国家十一五科技支撑计划项目《无脚手架安装作业装备技术研究与产业化开发》(编号2008BAJ09B01-3)。该重型自行式平台具有大臂长,高负载,低变形等特点,本文对其结构进行了强度、刚度、稳定性及模态等方面的研究,并对其结构进行优化,降低其自重。在对伸缩臂的伸缩原理简要说明的基础上,本文对起升角度为0°、66°、80°三种危险工况条件下的伸缩臂进行强度、刚度等静力学分析。并且针对伸缩臂轴向力承载的两种不同假设,分别建立有限元模型进行非线性静力学分析,确定了伸缩臂在工作中危险截面以及应力集中的位置,为结构优化提供宝贵参考。近些年来重型自行式平台稳定性失效逐渐成为重型自行式平台事故发生的主要原因,关于重型自行式平台箱型伸缩臂的稳定性分析越来越被学者们重视。本文在箱型伸缩臂稳定性分析时,考虑伸缩臂体与搭接滑块之间的摩擦力,通过与液压缸独立承担轴向力模型,变截面阶梯柱模型的比较,推导出由液压缸和搭接滑块处的摩擦力共同承担轴向力时箱型伸缩臂的稳定性方程。利用ansys软件,采用Lanczos法对重型自行式平台箱型伸缩臂进行模态分析,提取出前15阶固有频率及振型,并对其进行分析。为结构的动态响应分析提供了理论基础。本文建立了以箱型伸缩臂截面积为目标函数,以箱型伸缩臂刚度、强度、稳定性及结构尺寸条件为约束条件的箱型伸缩臂结构优化数学模型,借助Ansys12.0的优化程序OPT,进行分析和求解,计算后所得到的伸缩臂截面积减小了7.5%,达到了降低臂重的目的。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-9
    1.1.1 课题的来源  8
    1.1.2 研究的目的与意义  8-9
  1.2 国内外在该方向的发展现状及分析  9-14
    1.2.1 重型自行式平台的发展趋势  9-11
    1.2.2 重型自行式平台箱形伸缩臂伸缩机构的发展现状  11-12
    1.2.3 对箱形伸缩臂稳定性研究现状  12-14
  1.3 本课题主要研究内容  14-15
第2章 重型自行式平台臂架静态特性分析  15-28
  2.1 同步伸缩设备机械结构  15-18
    2.1.1 工作环境  15-16
    2.1.2 同步伸缩机构原理  16-17
    2.1.3 同步伸缩机构形式  17-18
  2.2 重型自行式平台伸缩臂强度分析  18-22
    2.2.1 危险工况1 计算  19-20
    2.2.2 危险工况2 计算  20-22
  2.3 重型自行式平台伸缩臂刚度分析  22
  2.4 重型自行式平台伸缩臂有限元分析  22-27
    2.4.1 伸缩臂载荷条件  23
    2.4.2 伸缩臂有限元分析  23-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章 考虑臂间摩擦的伸缩臂稳定性分析及模态分析  28-44
  3.1 臂间搭接摩擦力对伸缩臂稳定性的影响  28-38
    3.1.1 箱型伸缩臂的等效动力学模型  28-30
    3.1.2 伸缩臂与搭接滑块间摩擦力的确定  30-32
    3.1.3 伸缩臂稳定性分析  32-36
    3.1.4 不同计算模型欧拉临界力的误差分析  36-38
  3.2 箱型伸缩臂模态分析  38-43
    3.2.1 模态分析数学模型的建立  38-39
    3.2.2 ANSYS 中的六种模态提取方式  39-40
    3.2.3 模态分析的结果分析  40-43
  3.3 本章小结  43-44
第4章 重型自行式平台伸缩臂的结构优化  44-51
  4.1 基于有限元分析的尺寸优化  44-46
    4.1.1 概述  44-45
    4.1.2 优化设计流程  45-46
  4.2 重型自行式平台箱型伸缩臂的尺寸优化  46-50
    4.2.1 确定设计变量  46
    4.2.2 确定目标函数  46-47
    4.2.3 确定约束条件  47-49
    4.2.4 箱型伸缩臂截面尺寸优化结果  49-50
  4.3 本章小结  50-51
结论  51-52
参考文献  52-56
致谢  56

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 起重机械与运输机械 > 起重机械 > 简易起重机械 > 升降机、升降台
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