折叠式高空作业车臂架结构仿真分析与优化设计

摘要

随着社会进步与经济发展，高空作业车作为一种机械施工设备，越来越多的应用在消防救援、市政建设、高空建筑、风电机组安装等各行各业，这也对高空作业车的工作性能与安全性提出了更高的要求。臂架系统是作业车最主要的承载部件，其性能的优劣不仅直接影响高空作业车的工作稳定性与安全性，而且是决定其整机质量与经济性的一个重要因素。因此对臂架结构的研究成为高空作业车研究领域的一个重点，对臂架结构进行静动态特性分析以及优化设计具有重要意义。 本文以JB5060JGKA型高空作业车臂架系统为研究对象，介绍了高空作业车的结构组成与工作原理。利用三维建模软件Pro/E5.0建立了臂架结构的三维模型，用有限元分析软件 ANSYS Workbench 对臂架结构的几种典型危险工况进行了静力学分析，获得了应力分布和应变分布图，得知了最大应力和最大应变的数值大小以及所处的位置。随后对臂架结构进行了模态分析，得到了前六阶固有频率及振型，为工作时避免共振现象提供了参考，并在此基础上对臂架进行了谐响应分析和脉动风载荷下的随机振动分析，分析结果表明高空作业车臂架结构具有较好的动态特性，结构设计合理。 其次，利用Workbench中的Design Explorer模块，对臂架的下臂截面参数进行了多目标驱动优化，分析了各设计变量对各优化目标的响应曲面，得到了截面参数优化结果，实现了在满足强度、刚度前提下，减小质量，提高综合性能的目的。最后在ADMAS中对臂架结构进行了多体动力学仿真分析，并以变幅液压缸最大受力最小化为优化目标，对臂架结构的铰点位置进行了优化设计，优化后变幅液压缸最大受力有了明显改善，实现了优化目标。本课题对臂架结构的研究为以后高空作业车的优化设计提供了参考，也为类似工程问题的解决提供了一种思路。

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