大型高空作业车臂架大变形分析.pdfVIP

大型高空作业车臂架大变形分析 1 1 2 1 王 欣 ，刘 东 ，陈 礼 ，赵福令 （1. 大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116024 ；2. 大连益利亚工程机械有限公司，辽宁 大连 116024 ） ［摘要］ 针对目前大型高空作业车伸缩式箱形臂架变形分析中不考虑臂架扭转、变幅与回转平面内 的耦合作用以及大变形因素影响的问题，通过引入几何非线性有限元方法，按照梁单元特点建立高空作 业车臂架有限元模型，进行非线性大变形分析。算例结果表明臂架变形非线性因素的影响较大，比线性 分析结果高42.6% 。该分析方法对高空作业车臂架系统的设计、分析与优化具有参考价值。 ［关键词］ 高空作业车；大变形；非线性有限元；梁单元；非线性 ［中图分类号］TU311 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X （2011 ）07-0092-06 Large deflection analysis of large aerial work platform boom WANG Xin ，LIU Dong ，CHEN Li ，ZHAO Fu-ling 随着高空作业车的作业高度越来越高，箱形臂 点是长度大而截面较小的梁系结构，因此用空间梁 架的长细比越来越大，刚度相对减小、柔性增加， 单元建立臂架有限元模型，进行变形分析。分析时 臂架系统的扭转与挠度已不满足小变形假设，存在 忽略臂节根部的加强，将其近似为等截面构件，用 着大位移、大转角或大应变等问题，因此在高空作 沿臂节形心轴梁单元来模拟该臂节，梁截面形状与 业车设计过程中，分析研究大型高空作业车臂架非 臂节形状一样。 线性大变形工作的重要性更加突出。 本文研究的某大型高空作业车最大作业高度 目前对伸缩式臂架主要按变幅平面内的外伸梁、 为111m，如图1a 所示。其节点示意如图 1b 所示， 回转平面内的悬臂梁分别进行变形分析，不考虑变幅 将伸缩式臂架最外臂节分别离散化为根部铰接点、 与回转平面内的耦合作用、臂架扭转以及大变形因素 与内接臂节搭接处、变幅油缸接触处等5 个节点、 的影响[1]。国内外学者在空间梁单元与几何非线性有 4 个单元；将内臂节分别离散化为与内外臂节搭接 限元相结合的方法对臂架进行非线性大变形分析的领 处以及臂节重心等5 个节点，4 个单元；变幅油缸 域作了一些理论研究：文献[2-4] 推导出空间梁单元 简化为1 个单元、2 个节点等；将高空作业车整个 的TL 格式的虚功方程、切线刚度矩阵以及大转动不 臂架离散化为58 节点、50 个单元。其中各节点位 能叠加等；文献[5-8] 对空间梁单元大变形、悬索桥 于相应臂节的形心轴上，将主臂一节臂与转台、变 几何非线性大变形、多因素耦合梁单元等进行研究分 幅油缸与转台、主臂与副臂相连接的部分，即结构 析，但有关高空作业车伸缩式臂架非线性大变形分析 重要的传力部件简化为固定或者活动铰支座。为了 计算方法的研究较少。本文利用空间梁单元建立高空 简化计算，将工作平台及其调平系统等非梁结构自 作业车臂架有限元模型，并且编写空间梁几何非线性 重等效为节点力施加于相应节点位置上。图 1c 与 有限元程序，对高空作业车臂架变形进行分析。空间 1d 所示为分别采用点线和实体图形显示建立的某 梁单元每个节点拥有6 个自由度，包括3 个方向移动 大型高空作业车有限元模型，其中黑点表示节点， 和3 个方向转动，可以用来考虑变幅与回转平面内的 连线表示单元。 耦合作用和臂架扭转等因素的影响。 对臂架有限元模型施加边界条件，在一节臂与 1 高空作业车臂架有限元模型