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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(guó)從八十年代初引進(jìn)外國(guó)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(guó)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(guó)最大的履帶起重機(jī)為研究對(duì)象，用有限元分析法對(duì)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(jì)特點(diǎn)，并配合實(shí)測(cè)加以驗(yàn)證。
該機(jī)的主要基本參數(shù)和外形見(jiàn)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(xiāo)子連接拆卸方便。該機(jī)作業(yè)范圍寬，不同長(zhǎng)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(wú)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(wú)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(chē)、履帶架和行走機(jī)構(gòu)為剛性體，臂架變形與底座無(wú)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(wú)繞捎軸的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(duì)比，認(rèn)為接頭的焊接剛度不可忽略，用梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬桿件的受力狀態(tài)較接近實(shí)際。
以焊接點(diǎn)為模型節(jié)點(diǎn)，基本上保持了原結(jié)構(gòu)的特色。選擇了短、中、長(zhǎng)四種主臂長(zhǎng)度和中長(zhǎng)主臂加最長(zhǎng)、最短兩種副臂長(zhǎng)作為臂架的計(jì)算臂長(zhǎng)，取最大、最小和中間不同的幅度及對(duì)應(yīng)的起重量。作業(yè)動(dòng)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(jì)算臂長(zhǎng)和工況既能較全面地反映臂架的受力狀況，又使計(jì)算機(jī)時(shí)和結(jié)果處理量不致太大。作業(yè)時(shí)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(diǎn)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(chē)身的鉸接，變幅繩的張力，長(zhǎng)臂組合形式時(shí)中間支承架的牽引力用邊界元模擬。整體模型采用動(dòng)座標(biāo)系，座標(biāo)隨工作幅度變化，節(jié)點(diǎn)的座標(biāo)值不變，可方便輸入輸出數(shù)據(jù)的處理。計(jì)算模型的網(wǎng)格圖見(jiàn)圖。主副臂組合結(jié)構(gòu)太大時(shí)，采用部件分段分析法，主副臂分開(kāi)單獨(dú)計(jì)算，既可解決微機(jī)內(nèi)存小的困難，又可不受主臂臂長(zhǎng)的限制。
圖是部分長(zhǎng)度的臂架在不同幅度下弦桿應(yīng)力洽臂長(zhǎng)的分布。四根弦桿，全受壓，實(shí)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(jì)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(duì)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(jiàn)圖。長(zhǎng)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(jiàn)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(shí)弦桿應(yīng)力值較大，強(qiáng)度是主要決定因素。中長(zhǎng)臂，長(zhǎng)臂起重量降低時(shí)，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(zhǎng)呈規(guī)律的拉壓交替分布。
長(zhǎng)臂時(shí)在中間支承架處腹桿均受拉揮見(jiàn)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(wú)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(shí)，在加速時(shí)間基本相同條件下臂架桿內(nèi)應(yīng)力的增長(zhǎng)涪數(shù)取決于起升速度。沿整個(gè)臂長(zhǎng)弦桿和腹桿的應(yīng)力增長(zhǎng)倍數(shù)幾乎是相等的。不同長(zhǎng)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(shí)，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(zhǎng)短不同臂長(zhǎng)形式順時(shí)針加速回轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)桿內(nèi)應(yīng)力沿臂長(zhǎng)的變化規(guī)律。
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