带腰绳等截面臂架应力计算方法研究.PDF

设计计算 DESIGN CALCULATION 带腰绳等截面臂架应力计算方法研究 1 2 3 2 1 王文静 ，朱景红 ，涂凌志 ，王 欣 ，孙绍琳 （1. 大连益利亚工程机械有限公司，辽宁 大连 116023 ；2. 大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116023 ； 3. 中联重科股份有限公司，湖南 长沙 410013 ） ［摘要］基于二阶效应分析方法对带腰绳大吨位起重机臂架进行受力分析，根据挠曲线微分方程推 导出臂架应力计算公式。根据臂架变形前的几何关系由二阶效应法对臂架挠度进行计算；鉴于臂架的几 何非线性特征，在考虑臂架变形后重新计算臂架变形协调关系，进而得到臂架应力并实现程序化。拉板 及腰绳的刚度相对臂架较小，将两者变形对计算结果的影响进行了分析。实例表明考虑臂架非线性变形 的二阶分析方法更加准确，腰绳及拉板的变形对计算结果影响不大，为简化计算，在误差允许范围内可 不予考虑。 ［关键词］臂架；腰绳；二阶效应；应力 ［中图分类号］TH213.7 ［文献标识码］A ［文章编码］1001-554X （2014 ）05-0088-09 Stress calculation method research on truss boom with auxiliary bracing WANG Wen-jing ，ZHU Jing-hong ，TU Ling-zhi ，WANG Xin ，SUN Shao-lin 履带起重机往往通过自身变幅系统起臂，由 有限元软件，但每次修改都需要重新建模，造成大 于臂架长度较大，起臂时力臂相对较小，起臂工况 量重复性工作；且履带起重机是多作业工况，为充 往往是变幅系统、整机稳定性乃至臂架结构稳定性 分了解臂架的受力特点，往往需要选择多种工况进 的最危险工况［1 ］。在臂架上增加腰绳装置可以显 行分析，会花费大量计算成本；在对臂架进行非线 著改善臂架的受力状态，但增加腰绳后整个臂架系 性计算时还会出现不收敛情况，导致得不出计算结 统的受力关系更为复杂，腰绳力的作用使臂架系统 果。现有的很多方法是将臂架进行惯性矩等效，等 处于超静定状态，且带腰绳臂架往往长度较长， 效为一实腹式梁，这种方法在结构分析中可以加快 几何非线性明显。拉板及腰绳均可简化为受轴向拉 计算速度［4 ］，但臂架应力计算结果与有限元计算 力的二力杆［2 ］，虽然两者的刚度较臂架刚度小得 相比会存在一定误差。 多，其变形对计算结果也将产生影响。 本文基于二阶效应理论及挠曲线微分方程 目前，对于臂架系统非线性研究取得了一定 推导臂架应力计算公式。鉴于臂架几何非线性特 的进展，其中文献［3 ］提出了基于铁木辛柯理论 征［6 ］，在二阶效应基础之上考虑臂架变形后重新 的臂架系统非线性计算方法，对臂架挠度进行了计 计算变形协调关系，为加快计算速度，计算过程全 算。文献［4 ］对腰绳装置进行了优化，将臂架等 部实现程序化，同时计算了拉板及腰绳的变形对 效为实腹式梁，利用ANSYS优化模块提出了改进 计算结果的影响。实际算例表明该方法是合理可 的一阶优化方法，并以MATLAB为基础编写了基 行的，且较有限元计算方法简单快捷，同时避免 于粒子群算法的优化程序，实现了腰绳装置优化设 了非线性计算不收敛的问题，对实际设计具有指导 计。文献［5 ］基于弹性稳定理论对带腰绳臂架系 意义。 统整体进行了分析，推导出等截面和变截面臂架系 统的挠曲线计算公式，并借助MATLAB进行了数 ［收稿日期］ - - 2014 01 09 值求解，在一定程度上简化了腰绳装置的设计。针 ［通讯地址］ 王文静，辽宁省大连市高新园区软件园路22