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下載手機APP基金項目：國家自然科學基金資助項目（50875210）吊diao臂bi是shi某mou型xing汽qi車che起qi重zhong機ji的de主zhu要yao受shou力li構gou件jian，通tong過guo吊diao臂bi能neng夠gou將jiang重zhong物wu提ti升sheng到dao一yi定ding的de高gao度du，改gai變bian吊diao臂bi傾qing角jiao可ke達da到dao變bian幅fu的de目mu的de，以yi增zeng大da作zuo業ye範fan圍wei。吊diao臂bi設she計ji是shi否fou合he理li，直zhi接jie影ying響xiang著zhe起qi重zhong機ji的de承cheng載zai能neng力li和he整zheng機ji性xing能neng。因yin此ci對dui起qi重zhong機ji的de吊diao臂bi進jin行xing合he理li的de結jie構gou設she計ji和he力li學xue分fen析xi有you著zhe非fei常chang重zhong要yao的de意yi義yi。
mouxingqicheqizhongjizhengjirusuoshi，caiyongliangjieshensuoshidiaobi。gejiebijianyouxiangduihuadong。kaoqizhongdezhichenghuakuailaizhichengdiaobibingchuandili。diaobijiemiancaiyongliubianxingxingshi，liubianxingjiemiancebanbo，yachengzheqiongxing，shouliheli，xiagaibanjiaoshanggaibanjingduxiao，juyoujiaogaokangququnengli"°。
變化範圍為：0矣矣70°，0矣X矣4300mm.當=0時，吊臂呈水平，當X=4300mm時(shi)，吊(diao)臂(bi)呈(cheng)現(xian)全(quan)伸(shen)長(chang)對(dui)起(qi)重(zhong)機(ji)吊(diao)臂(bi)的(de)傳(chuan)統(tong)計(ji)算(suan)方(fang)法(fa)多(duo)為(wei)依(yi)據(ju)經(jing)驗(yan)公(gong)式(shi)的(de)手(shou)工(gong)計(ji)算(suan)，由(you)於(yu)手(shou)工(gong)計(ji)算(suan)的(de)物(wu)理(li)模(mo)型(xing)過(guo)於(yu)簡(jian)化(hua)，建(jian)立(li)的(de)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)不(bu)完(wan)全(quan)符(fu)合(he)結(jie)構(gou)的(de)力(li)學(xue)特(te)性(xing)，故(gu)無(wu)法(fa)保(bao)證(zheng)計(ji)算(suan)的(de)精(jing)度(du)。在(zai)有(you)限(xian)元(yuan)技(ji)術(shu)非(fei)常(chang)成(cheng)熟(shu)的(de)今(jin)天(tian)，借(jie)助(zhu)有(you)限(xian)元(yuan)商(shang)用(yong)軟(ruan)件(jian)來(lai)計(ji)算(suan)大(da)型(xing)複(fu)雜(za)結(jie)構(gou)，能(neng)夠(gou)在(zai)大(da)大(da)減(jian)少(shao)勞(lao)動(dong)量(liang)的(de)同(tong)時(shi)還(hai)提(ti)高(gao)計(ji)算(suan)精(jing)度(du)。目(mu)前(qian)有(you)限(xian)元(yuan)軟(ruan)件(jian)越(yue)來(lai)越(yue)廣(guang)泛(fan)地(di)應(ying)用(yong)於(yu)工(gong)程(cheng)機(ji)械(xie)的(de)強(qiang)剛(gang)度(du)分(fen)析(xi)，但(dan)針(zhen)對(dui)汽(qi)車(che)起(qi)重(zhong)機(ji)的(de)分(fen)析(xi)研(yan)究(jiu)並(bing)不(bu)多(duo)見(jian)，紀(ji)爰(yuan)敏(min)等(deng)2利用ANSYS有限元軟件對QY25K型(xing)汽(qi)車(che)起(qi)重(zhong)機(ji)吊(diao)臂(bi)進(jin)行(xing)強(qiang)剛(gang)度(du)分(fen)析(xi)，並(bing)與(yu)試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)進(jin)行(xing)對(dui)比(bi)，二(er)者(zhe)結(jie)果(guo)也(ye)比(bi)較(jiao)吻(wen)合(he)，但(dan)是(shi)該(gai)分(fen)析(xi)僅(jin)針(zhen)對(dui)一(yi)種(zhong)工(gong)況(kuang)，這(zhe)就(jiu)降(jiang)低(di)了(le)計(ji)算(suan)結(jie)果(guo)對(dui)實(shi)際(ji)設(she)計(ji)的(de)性(xing)；焦文瑞等S同樣利用ANSYS軟件對汽車起重機四邊形伸縮吊臂進行有限元分析，並與理驗，且僅對一種工況進行分析，對現實設計分析的指導性不強；蔣紅旗4基於ANSYS軟(ruan)件(jian)在(zai)不(bu)同(tong)工(gong)況(kuang)下(xia)對(dui)高(gao)空(kong)作(zuo)業(ye)車(che)吊(diao)臂(bi)進(jin)行(xing)有(you)限(xian)元(yuan)分(fen)析(xi)，結(jie)果(guo)合(he)理(li)，並(bing)提(ti)出(chu)改(gai)進(jin)方(fang)案(an)，但(dan)其(qi)同(tong)樣(yang)缺(que)乏(fa)真(zhen)實(shi)試(shi)驗(yan)。針(zhen)對(dui)以(yi)上(shang)分(fen)析(xi)現(xian)狀(zhuang)存(cun)在(zai)的(de)問(wen)題(ti)，文(wen)中(zhong)采(cai)用(yong)ANSYS有限元分析軟件在不同危險工況下對某起重吊臂進行靜強剛度計算，並與真實試驗結果進行對比。
表1吊臂結構材料參數構件材料彈性模量/Pa泊鬆比密度/1吊臂有限元模型的建立11實體建模鑒於ANSYS軟件實體造型的局限性和吊臂自身結構的複雜性，文中采用通用三維造型軟件SolidWorks對吊臂進行實體建模，之後以Parasolid（xt）格式將實體模型導入ANSYS進行有限元分析。
1.2danyuanleixingdexuanzejiyuruanjianduidiaobijinxingyouxianyuanfenxidetongchangfangfajunshijiangdiaobijiegoushiweixianmoxing，houfuyuliangdanyuanshuxingjinxingqiangduhegangdudengfangmiandeyouxianyuanjisuan，danshiliangdanyuanshiyongxianlaidaitisanweishitijiegou，bingbunengfanyingjiegoujiheshangdexijie，qieshensuoshidiaobishiyougangbanhanjieerchengdexiangxingjiegou，yinggaixuanyongerweibankedanyuanhesanweishitidanyuanhunhefenwang，huoquanbuxuanyongsanweishitidanyuanhuafenwangge。kaolvdaodiaobimoxingjiaofuza，wenzhongcaiyongsanweishitidanyuanSolid187對吊臂進行有限元分析。
Solid187單元是一個高階三維10節點固體結構單元，單元具有二次位移模式，可以更好地模擬不規則的模型5.1.3材料定義吊臂結構材料定義參數見表1.為線性，從而大大減少計算機時。采用自由分網（Free）技術，*終形成單元數為5561-5施加載荷及約束處理1.5.1載荷分析作用在起重機上的載荷分為常規載荷、偶然載荷、特殊載荷及其他載荷等類別63，danshiyouyuchangguizaiheshiqizhongjizhengchanggongzuozhongjingchangfashengdezaihe，qieciciduiqizhongjidiaobijinxingdeshijingqiangdushiyanfenxi，suoyiduidiaobijisuansuoxudezaihejinweichangguizaihezhongdezizhongzaihe、起升載荷，考慮動載係數與相應靜載荷相乘的動載效應及由於貨物偏擺與風載等因素產生的側向載荷（偶然載荷）。
由於ANSYS有限元軟件可根據結構材料參數自動計算其重力，故在此無需另行施加吊臂額定起升載荷PQ是起重機起吊額定質量（在試驗中為28t）時的重力。當貨物無約束起升離開地麵時，貨物的慣性力將會使起升載荷出現動載增大的作用，此動載效應用一個大於1的起升動載係數！2乘以額定起升載荷Pq來考慮67，試驗中起升動載係數！2根據試驗確定。取1.25.cezaikeyicaiyongdiaozhongcexiangpianyidefangfashijiayubijiatoubu，danbixubaozhengzaishijiacezaishibudechanshengqianchuifangxiangdefujiafenli，qidaxiaoyongyigecezaixishuchengyiedingqishengzaihePq來考慮，側載係數根據*大額定起重量選擇68，在此次試驗中，側載係數取。05.表2結構應力測試工況工況臂長/m幅度/m吊具重項載荷。
1.4實(shi)體(ti)模(mo)型(xing)處(chu)理(li)及(ji)劃(hua)分(fen)網(wang)格(ge)從(cong)吊(diao)臂(bi)的(de)整(zheng)體(ti)結(jie)構(gou)來(lai)看(kan)，各(ge)節(jie)臂(bi)之(zhi)間(jian)通(tong)過(guo)滑(hua)塊(kuai)接(jie)觸(chu)和(he)擠(ji)壓(ya)來(lai)傳(chuan)遞(di)力(li)，故(gu)分(fen)析(xi)中(zhong)必(bi)須(xu)解(jie)決(jue)各(ge)節(jie)臂(bi)與(yu)滑(hua)塊(kuai)的(de)連(lian)接(jie)關(guan)係(xi)。由(you)於(yu)涉(she)及(ji)接(jie)觸(chu)問(wen)題(ti)，本(ben)該(gai)通(tong)過(guo)ANSYS設(she)定(ding)接(jie)觸(chu)對(dui)來(lai)進(jin)行(xing)求(qiu)解(jie)，但(dan)是(shi)由(you)於(yu)接(jie)觸(chu)分(fen)析(xi)屬(shu)於(yu)非(fei)線(xian)性(xing)分(fen)析(xi)範(fan)疇(chou)，求(qiu)解(jie)過(guo)程(cheng)需(xu)要(yao)反(fan)複(fu)迭(die)代(dai)，既(ji)耗(hao)時(shi)又(you)不(bu)易(yi)收(shou)斂(lian)，且(qie)吊(diao)臂(bi)實(shi)際(ji)結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)接(jie)觸(chu)特(te)性(xing)不(bu)易(yi)模(mo)擬(ni)，為(wei)盡(jin)可(ke)能(neng)減(jian)小(xiao)吊(diao)臂(bi)結(jie)構(gou)發(fa)生(sheng)應(ying)力(li)奇(qi)異(yi)的(de)區(qu)域(yu)，隻(zhi)能(neng)用(yong)一(yi)般(ban)的(de)有(you)限(xian)元(yuan)方(fang)法(fa)求(qiu)解(jie)。其(qi)中(zhong)，節(jie)點(dian)尤(you)合(he)（CoupieDOFs）是(shi)比(bi)較(jiao)常(chang)用(yong)的(de)技(ji)術(shu)，但(dan)是(shi)節(jie)點(dian)耦(ou)合(he)技(ji)術(shu)要(yao)求(qiu)接(jie)觸(chu)麵(mian)上(shang)對(dui)應(ying)節(jie)點(dian)的(de)坐(zuo)標(biao)必(bi)須(xu)一(yi)致(zhi)，此(ci)條(tiao)件(jian)在(zai)一(yi)般(ban)條(tiao)件(jian)下(xia)很(hen)難(nan)滿(man)足(zu)考(kao)慮(lv)到(dao)此(ci)次(ci)分(fen)析(xi)為(wei)靜(jing)態(tai)分(fen)析(xi)（構件不能有剛體位移），故分析中采用布爾操作一粘貼（Vglue）對dui模mo型xing進jin行xing處chu理li，即ji將jiang滑hua塊kuai同tong各ge級ji臂bi粘zhan連lian起qi來lai，此ci法fa使shi得de分fen析xi模mo型xing轉zhuan由you於yu此ci次ci試shi驗yan分fen析xi僅jin針zhen對dui起qi重zhong機ji吊diao臂bi結jie構gou，故gu還hai需xu在zai臂bi架jia頭tou部bu施shi加jia起qi升sheng繩sheng拉la力liS1，S2，其方向位於臂架端點與起升卷筒的連線上（如所示）。
根據規範69，采用雙聯滑輪組時，鋼絲繩*大拉力為：考慮吊臂的*危險工況（全伸臂），根據GB/T6068.3―2005〈汽車起重機和輪胎起重機試驗規範第3部分，結構試驗布置結構應力測試工況，如表表3不同工況下吊臂結構撓度值mm工況變幅平麵內撓度Lx回轉平麵內撓度Ly174.841.05273.9225.92393.951.32當起吊額定載荷時，變幅平麵內撓度為：a―鋼絲繩與吊具夾角，a=40°；n組滑輪組效率'取n組=96；式（1）中分母乘2表示繞入卷筒的鋼絲繩分支數為2.由於計算考慮的是吊臂*危險工況，故取Si=吊具重力吊臂，較接-變幅液壓缸吊臂受力簡。5.2施加載荷及位移約束由於基本臂根部鉸點（中點A）和變幅油缸上鉸點（中點B）在變幅平麵內為簡支，在回轉平麵內呈固支，故需在柱坐標係下約束基本臂相應銷孔的徑向自由度和軸向自由度。
對於作用在吊臂上的載荷，可根據前述計算的數值和相應工況並以相應的方向施加於吊臂頭部，如所示。
對於吊臂自身重力，ANSYS軟件將根據密度與重力加速度自行計算，在此無需另行施加。
2計算結果的處理及分析21剛度校核上的變形分量，從而可計算出變幅平麵及回轉平麵內曉度，見表3.當起吊額定載荷，並附加側向載荷（額定載荷的5%）時，回轉平麵內撓度為：Ly吊臂在回轉平麵內的許用撓度，m；針對3種工況的許用撓度為：綜上分析，3種工況下吊臂均滿足剛度要求。
2.2強度校核吊臂金屬材料選用DB685鋼，屈服極限。=590MPa，許用應力W=/1.5=393MPa.由應力雲，和可知，3種工況下*大VonMise等效應力分別為388，397，487MPa，3者雖均小於屈服極限。，但後2者均大於許用應力W.考慮到VonMise等效應力極值均發生在後滑塊與基本臂接觸處，該區域屬於模型耦合區，針對該區域執行布爾操作（Vglue）在有限元計算過程中會產生附加的拉壓應力（並非施加於吊臂上的外載荷引起），且此吊臂模型僅是實際結構的簡化模型，很難精確反映支撐滑塊接觸表麵處的實際處理工藝（如潤滑等），所以在滑塊接觸表麵出現應力奇異點，這並不代表實際應力狀況，可忽略不計。
略去應力奇異點，從應力雲，及曲線，可以看出，3種工況下吊臂構件的*大VonMise等效應力分別為279，3者均小於許用應力W.綜上分析，吊臂在3種工況下均滿足強度要求。
3有限元計算值與實測應力值的對比分析3-1吊臂的應力測試試驗利用Y-18型xing靜jing態tai電dian阻zu應ying變bian儀yi對dui吊diao臂bi進jin行xing應ying力li測ce試shi。由you於yu二er級ji臂bi與yu前qian滑hua塊kuai接jie觸chu位wei置zhi附fu近jin及ji變bian幅fu液ye壓ya缸gang與yu基ji本ben臂bi鉸jiao接jie處chu均jun為wei潛qian在zai的de危wei險xian應ying力li區qu，加jia之zhi考kao慮lv吊diao臂bi截jie麵mian劇ju變bian處chu可ke能neng會hui產chan生sheng應ying力li集ji中zhong，故gu在zai實shi際ji測ce試shi過guo程cheng中zhong，應ying變bian片pian布bu置zhi在zai如ru所suo示shi的de10個位置上。
吊臂測點分布。2應力實測值與有限元計算值的對比分析由於結構應力試驗所測的是吊臂關鍵位置的拉壓應力f結合ANSYS在實測點計算出的第1主應力S1（*大拉應力）和第3主應力S3（*大壓應力），有限元法計算值與實測值對比見表4.由表4可知，所有測點的有限元應力計算值均小於材料許用應力W，其中*大應力發生在第3工況第9測點，這與真實測試結果芫全吻合，且在該測點處，有限元計算值與實測值的誤差非常小（0.29%）。雖然在某些測點（4號及2號測點）中zhong誤wu差cha值zhi有you些xie偏pian大da，這zhe是shi因yin為wei吊diao臂bi實shi際ji結jie構gou複fu雜za，簡jian化hua後hou的de三san維wei實shi體ti模mo型xing與yu實shi際ji模mo型xing還hai存cun在zai差cha別bie，尤you其qi是shi基ji本ben臂bi前qian端duan下xia滑hua快kuai處chu模mo型xing模mo擬ni的de差cha別bie，使shi得de二er級ji臂bi底di板ban和he折zhe板ban與yu之zhi相xiang接jie觸chu的de局ju部bu區qu域yu應ying力li偏pian大da。且qie汽qi車che起qi重zhong機ji是shi一yi種zhong短duan周zhou期qi循xun環huan工gong作zuo的de機ji械xie，這zhe就jiu造zao成cheng了le起qi重zhong機ji實shi際ji載zai荷he的de多duo變bian性xing，而er基ji於yu軟ruan件jian模mo擬ni的de有you限xian元yuan模mo型xing無wu法fa芫yuan全quan模mo擬ni實shi際ji載zai荷he工gong況kuang，這zhe也ye會hui造zao成cheng有you限xian元yuan計ji算suan值zhi與yu實shi際ji測ce量liang值zhi之zhi間jian的de誤wu差cha增zeng大da。
綜上分析，基於ANSYS有限元軟件分析結果是合理可靠的。
表4有限元計算應力值與實測應力值比較測點工況1工況2工況3實測值有限元計算值誤差/%實測值有限元計算值誤差/%實測值有限元計算值誤差/%4結論利用大型通用有限元分析軟件ANSYS計算某起重機吊臂在3種*危險工況下的應力和變形情況。計算得出，吊臂在3種工況下均滿足強度及剛度要求。比較3種工況下的撓度及應力極值，發現吊臂變幅平麵內撓度*大值為93.95mm，發生在工況3；回轉平麵內撓度*大值為25.92mm，發生在工況2；吊臂結構*大VonMise等效應力為487MPa，低於材料屈服極限，發生在工況3.*後還對吊臂結構進行應力測試，並將有限元計算值與實測值進行對比，發現ANSYS計算結果還是比較吻合的。這也進一步說明了基於ANSYS軟ruan件jian建jian立li的de有you限xian元yuan模mo型xing能neng夠gou正zheng確que反fan映ying該gai起qi重zhong機ji的de實shi際ji力li學xue特te性xing，計ji算suan結jie果guo可ke靠kao，可ke用yong來lai評ping價jia該gai起qi重zhong機ji的de力li學xue性xing能neng。此ci外wai，基ji於yu文wen中zhong分fen析xi計ji算suan得de出chu的de應ying力li應ying變bian分fen布bu，可ke以yi通tong過guo改gai變bian截jie麵mian形xing狀zhuang、薄板厚度、前後滑塊間距等方法來優化吊臂結構，為後續工作提供非常有價值的。
