履带起重机臂架侧向稳定性分析

摘要

随着我国基础设施建设的加强，国内大吨位履带起重机的市场需求增长显著，履带起重机最大额定起重量不断被刷新。由于履带起重机臂架组合形式多样，使得产品开发阶段工作量巨大，为了保证开发周期和设计质量，多采用计算机程序进行方案设计。为了保证设计效率，臂架系统计算模型多以线性理论为基础，但随着臂架长度参数越来越大，其侧向强度和稳定性已成为决定臂架性能的关键因素，可见侧向非线性效应是不可忽视的。采用有限元方法的非线性分析计算成本高、耗时长，不适合嵌入到现有的履带起重机开发程序，如果能通过研究，得出臂架系统线性模型和非线性模型结构应力的相互关系，将有助于开发出基于非线性效应的程序，缩短设计周期，提高设计质量。 以350t履带起重机主臂臂架为研究对象，对其侧向稳定性进行研究，论文主要研究工作如下： （1）按照国家标准《起重机设计规范》——GB/T3811-2008计算臂架侧载系数，确定3%额定载荷为臂架侧向载荷上限，并选择三种侧载系数进行分析，根据原产品臂架下铰点支承刚度，选择三种支承刚度； （2）根据350t履带起重机臂架参数，选择四种长度臂架和四种拉板约束系数，建立16种臂架ANSYS有限元模型； （3）通过臂架长度、侧载系数、支承刚度和拉板约束系数四种影响因素，确定分析144个工况，计算臂架在四种影响因素下的侧向稳定性非线性分析应力，研究四种影响因素对臂架应力的影响规律； （4）计算臂架在四种影响因素下的侧向稳定性线性分析应力，并与非线性分析应力进行比较，计算非线性分析与线性分析应力比，研究四种影响因素对应力比的影响规律； （5）使用MATLAB对144组应力比数据进行多元线性回归拟合，推导应力比在四种影响因素下的算法，选择60m长度臂架，选取三种侧载系数，三种支承刚度，两种拉板约束系数共18种工况，对拟合算法进行校验，验证算法的正确性和可行性。 本文提出的臂架侧向稳定性算法，以非线性理论为基础，达到快速、准确设计臂架的目的。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 结构稳定性研究方法

1.2.2 起重机臂架结构分析研究现状

1.2.3 起重机臂架侧向稳定性研究现状

1.3 本文研究内容

2 臂架有限元分析模型

2.1 有限元法简介

2.2 主臂结构

2.2.1 臂架结构形式

2.2.2 拉板形式

2.3 载荷工况

2.3.1 计算载荷组合

2.3.2 惯性力

2.3.3 风载荷

2.4 有限元建模

2.4.1 模型单元选取

2.4.2 单元设置

2.4.3 边界条件和载荷

2.4.4 材料性能和许用应力

2.4.5 收敛准则

2.5 典型算例

2.5.1 78m独立拉板主臂

2.5.2 78m平衡拉板主臂

2.6 本章小结

3 臂架侧向稳定性影响因素分析

3.1 臂架长度

3.2 侧载系数

3.3 支承刚度

3.4 拉板约束系数

3.5 分析工况组合

3.6 本章小结

4 臂架侧向稳定简化算法研究

4.1 非线性分析和线性分析对比

4.1.1 臂架长度

4.1.2 侧载系数

4.1.3 支承刚度

4.1.4 拉板约束系数

4.2 臂架侧向稳定性简化算法

4.2.1 MATLAB介绍

4.2.2 应力比数据回归分析

4.2.3 影响程度分析

4.3 算法验证

4.4 本章小结

结论

参 考 文 献

附录A 应力比数据

附录B MATLAB程序

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书