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最大吊重与最长吊臂起臂 起重机吊臂设计的两种关键工况

起重机吊臂向桁架式发展,吊臂设计是否合理,将直接影响到起重机的承载能力。因此,设计的吊

臂应该具有足够的强度、刚度和稳定性,在此基础上保证重量最轻不仅可以降低成本,同时也可以提高

整机稳定性。起重机吊臂设计主要考虑两种关键工况:最大吊重与最长吊臂起臂。
  前者校核主弦管与腹管的强度及单肢稳定性,后者校核吊臂系统的整体稳定性。
  利用Ansys命令修改工具条并添加快捷功能按钮,单击按钮即可执行与之相对应的宏或命令。通过快

捷功能按钮建立模型、划分网格、添加约束并求解,进而对结果进行优化。首先对最长吊臂起臂工况进

行求解并得到优化解,将此优化解代入最大吊重工况中重新建模求解。若求解结果符合所有约束条件,

则此优化解为最优解;否则,应该重复上面的优化求解过程,最终得到最优解。
  1建立数学模型选取起重机吊臂的主弦管和腹管的外径,壁厚为设计变量。
  设计变量:x=T目标函数:/⑴“疋抑厂一)+(22其中:r2―分别为主弦管和腹管外径(半径),2

分别为吊臂根部臂节、中间臂节以及顶部臂节的主弦管壁厚和腹管壁厚;/3,/4―分别为吊臂根部臂节

和顶部臂节的主弦管总长度、中间臂节的主弦管总长度、吊臂根部臂节和顶部臂节的腹管总长度以及中

间臂节的腹管总长度;p―代表材料密度。2确定约束条件2.1吊臂结构强度条件:d―吊臂的横截面积,

即弦杆的横截面积总和;%-吊臂在变幅平面内的危险截面的抗弯模量;―材许用应力。
  吊臂在转平面内的最大力矩与最大轴向力作用在吊臂根部,由于对吊臂根部进行了局部加强,所以

将距离吊臂根部最近并且未加强的截面作为危险截面。以此作为最大吊重工况时的约束条件。
  2.2吊臂结构刚度条件在旋转平而内,吊臂由于外力作用而产生的最大挠度在吊臂顶端,此处由横向

力和力矩共同作用引起的臂采月放大系数法求臂端挠度:以此作为最大吊重工况时1勺约束条件。
  人一吊臂总长度;一吊臂在回转平面内的临界力;4一中间臂节在回转平面内的惯性矩;2.3吊臂结

构整体稳定性条件吊臂作收时,同作用轴向力、变幅平面和回转平面内的弯矩,因此按向压弯结构稳定

性计算。
  以此分别作为最大吊重工况和最长吊臂起臂工况时的约束条件。
  截面处的弯矩:吟一吊臂在回转平面内危险截面处的抗弯模量。
  2.4主弦管单肢稳定条件主弦管单肢稳定性:以此分别作为最大吊重工况和最长吊臂起臂工况时的约

束条件。
  炉一轴压稳定系数,根据长细比查表得出;d―单个主弦管的截面面积;单个主弦管节间的临界力。
  2.5腹管单肢稳定条件腹管单肢稳定性:以此分别作为最大吊重工况和最长吊臂起臂工况的约束条件


  一单个腹管的横截面面积。
  以上约束条件中的参数如M.v),等在Ansys计算结果中不能读取的数据,需要通过命令流编写在程

序中,作为状态变量。
  3软件实现方式及实例行编程,实现吊臂的计算求解。本文我们利用Ansys中的DesignOpt模块来实现

吊臂的优化。
  本文以设计吊重80t的起重机主臂为例,主弦管和腹管材料分别采用HSM770和Q345A.考虑疲劳的影响

,它们的许用应力分别为454MPa和233MPa.我们的整个计算及优化过程全部通过添加到工具条的快捷功能

按钮实现。工具条包括以下按钮(见):CLMODEL建立起臂模型;CLMESH划分网格;CLDOF添加自由度;

CLSOLVE对起臂模型求解;CLDEFORM起臂工况吊臂变形;CLSTRESS起臂工况应力分布(此按钮下还包括子

按钮可分别得到吊臂整体应力、主弦管应力、腹管应力等);CLOPTIMI为优化控件,将约束条件所需参

数从计算结果重提取出来,将结果中没有包含的参数写入相应的宏命令,最后启动Designopt进行优化;

CLCLEA清除已有起臂工况数据;LDSTEP进入最大吊重工况。《中国破碎机网》