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大型履帶起重機(jī)是一種重要的自行式起重機(jī)。我國從八十年代初引進(jìn)外國先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，現(xiàn)已具備了大型液壓履帶起重機(jī)的生產(chǎn)能力。為了消化引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)，加速國產(chǎn)化，本研究以某廠從DEMAG公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的目前我國最大的履帶起重機(jī)為研究對象，用有限元分析法對該機(jī)的起重臂進(jìn)行強(qiáng)度分析，找出結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布變化規(guī)律及設(shè)計特點，并配合實測加以驗證。
該機(jī)的主要基本參數(shù)和外形見表和圖其起重仃有主、劇兩種形式，均由不同的臂節(jié)組合而成，節(jié)間用銷子連接拆卸方便。該機(jī)作業(yè)范圍寬，不同長度的主副臂可以有40種組合方式。起重量在2.6-200噸范圍變化，幅度范圍為6-66米。，迫重臂是用無縫鋼管焊接而成的空間析架，建立力學(xué)模型的假設(shè)為：1)臂架無縫鋼管內(nèi)部組織均勻，焊縫符合要求，不考慮材料缺陷及制造的影響；2)視下車、履帶架和行走機(jī)構(gòu)為剛性體，臂架變形與底座無關(guān)；3)鋼結(jié)構(gòu)在彈性范圍內(nèi)工作，彈性模量是常數(shù)，4)各臂節(jié)聯(lián)接捎處為一整體，無繞捎軸的相對轉(zhuǎn)動，本研究使用SAP5結(jié)構(gòu)分析程序。由于臂架桿件較粗，經(jīng)采用不同單元進(jìn)行試算和對比，認(rèn)為接頭的焊接剛度不可忽略，用梁單元來模擬桿件的受力狀態(tài)較接近實際。
以焊接點為模型節(jié)點，基本上保持了原結(jié)構(gòu)的特色。選擇了短、中、長四種主臂長度和中長主臂加最長、最短兩種副臂長作為臂架的計算臂長，取最大、最小和中間不同的幅度及對應(yīng)的起重量。作業(yè)動作分平穩(wěn)起升，加速起升、加速回轉(zhuǎn)和邊起升邊回轉(zhuǎn)等工況進(jìn)行比較。這樣選擇計算臂長和工況既能較全面地反映臂架的受力狀況，又使計算機(jī)時和結(jié)果處理量不致太大。作業(yè)時的起升載荷、起升繩張力、吊重的慣性力視為集中載荷用節(jié)點載荷處理;臂架結(jié)構(gòu)自重、慣性力、風(fēng)載荷視為均布載荷用“單元載荷因子”處理；臂架與車身的鉸接，變幅繩的張力，長臂組合形式時中間支承架的牽引力用邊界元模擬。整體模型采用動座標(biāo)系，座標(biāo)隨工作幅度變化，節(jié)點的座標(biāo)值不變，可方便輸入輸出數(shù)據(jù)的處理。計算模型的網(wǎng)格圖見圖。主副臂組合結(jié)構(gòu)太大時，采用部件分段分析法，主副臂分開單獨計算，既可解決微機(jī)內(nèi)存小的困難，又可不受主臂臂長的限制。
圖是部分長度的臂架在不同幅度下弦桿應(yīng)力洽臂長的分布。四根弦桿，全受壓，實線是左弦桿應(yīng)力(圖中數(shù)值)，虛線為右弦桿的應(yīng)力。由計算得，弦桿所受壓力不相等。主臂由于導(dǎo)向定滑輪偏置而使右弦桿應(yīng)力略大于左弦桿。副臂結(jié)構(gòu)對稱，左右弦桿應(yīng)力相差不多。主副臂上下弦桿的應(yīng)力不僅相差較大，并且應(yīng)力差隨起重量Q和幅度R的變化而變化，變化規(guī)律見圖。長臂結(jié)構(gòu)由于中間支承架的牽制作用，上下弦桿的應(yīng)力差史加劇。可見A3-F7架在大多數(shù)情況下受的是偏心壓力。從量值上看，短臂大起重量時弦桿應(yīng)力值較大，強(qiáng)度是主要決定因素。中長臂，長臂起重量降低時，弦桿應(yīng)力值不高，整機(jī)的穩(wěn)定性是主要限制條件。此工況兩側(cè)腹扦受力沿臂長呈規(guī)律的拉壓交替分布。
長臂時在中間支承架處腹桿均受拉揮見圖，然后交換拉壓順序。其應(yīng)力占同截面弦桿平均應(yīng)力的20%-45%不等。同側(cè)相鄰腹桿的壓應(yīng)力是拉應(yīng)力的1.2-1.9倍。這種拉壓應(yīng)力的差值隨上下弦桿應(yīng)力的變化而變化。此工況因無側(cè)向載荷，上下平面腹桿的應(yīng)力很小，只占同平面弦桿平均應(yīng)力的6-15000加速起升作業(yè)時，在加速時間基本相同條件下臂架桿內(nèi)應(yīng)力的增長涪數(shù)取決于起升速度。沿整個臂長弦桿和腹桿的應(yīng)力增長倍數(shù)幾乎是相等的。不同長度臂架弦桿應(yīng)力隨起升速度增加而變化的情況。圖中縱座標(biāo)是加速瀚升工況與平穩(wěn)起升工況桿內(nèi)應(yīng)力的比值。起重機(jī)回轉(zhuǎn)作業(yè)時，吊重和臂架自重在回轉(zhuǎn)平面的側(cè)向載荷引起左右側(cè)弦桿內(nèi)力變化。圖是長短不同臂長形式順時針加速回轉(zhuǎn)作業(yè)時桿內(nèi)應(yīng)力沿臂長的變化規(guī)律。
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