履带起重机臂架扭转对结构稳定性的影响研究

摘要

履带起重机在我国工业化、城镇化、能源、交通等建设领域中做出了巨大的贡献。随着履带起重机臂架结构形式的不断变化，臂架的稳定性能问题越来越受到重视，尤其是组合臂架的稳定性问题。主臂的扭转效应通常是组合臂架产生侧向失稳的主要因素，实际设计中稳定性分析方法都是将组合臂架拆分成单体计算，很少从整体角度分析稳定性，而整体稳定性的影响因素分析就更为甚少。同时，用ANSYS对履带起重机组合臂架进行整体稳定性分析建模时，往往比较繁琐，在进行等效分析时通常也未考虑主臂的扭转效应的影响。
　　针对上述存在的问题，本文以大连理工大学与大连重工(·)起重集团有限公司合作开发的QUY750履带起重机为例，对其臂架结构的特点进行了深入学习;利用桁架臂架的相关的等效原理对组合臂架进行简化;研究分析了扭转效应对于组合臂架整体稳定性的影响因素，得出相关因素的规律性曲线，论文的主要研究工作和成果如下:
　　(1)根据履带起重机组合臂架的工作原理、结构形式和受力特点，提出臂架有限元模型的传统建模方法。
　　(2)利用桁架臂架惯性矩等效和组合臂架扭转惯性矩的等效方法对履带起重机组合臂架在ANSYS中进行简化，对比复杂模型与简化模型的稳定性计算结果，确定简化方案的正确性与可靠性。
　　(3)分析臂架的扭转效应对组合臂架的整体稳定性的影响，并探讨主臂的扭转惯性矩对组合臂架整体稳定性的影响，得出相应的规律性曲线，研究臂架空间腹杆的直径与壁厚对臂架整体稳定性与扭转变形的影响。
　　(4)在塔式副臂的臂头处施加大小不同的水平侧载，利用ANSYS对简化模型进行稳定性分析，得出水平侧载对于稳定性影响的相关规律性曲线，并对相同扭转效应不同副臂仰角的工况进行了对比，得出相同扭转效应下稳定性随着副臂仰角的增大而越来越差。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 履带起重机综述

1．2 国内外结构稳定性的研究现状

1．2．1 结构稳定性的研究现状

1．2．2 结构稳定性的分析方法

1．2．3 组合臂架的稳定性研究现状

1．3 本文研究意义和主要内容

1．3．1 课题研究背景及意义

1．3．2 论文主要的工作内容

2 履带起重机臂架系统工作原理及弯扭屈曲理论

2．1 组合臂架系统的工作原理

2．2 弯扭屈曲理论

2．2．1 扭转的形式

2．2．2 闭口薄壁截面构件的自由扭转和翘曲变形

2．2．3 闭口薄壁截面构件的约束扭转

2．3 欧拉公式与稳定性校核经验公式

2．3．1 材料力学中的欧拉公式

2．3．2 起重机设计规范中的稳定性校核公式

2．4 ANSYS的结构稳定性分析方法

2．5 本章小结

3 组合臂架在ANSYS中的模型简化

3．1 传统的臂架系统有限元模型结构

3．2 桁架臂惯性矩等效方法

3．2．1 传统的臂架惯性矩等效的方法

3．2．2 位移比较法确定等效惯性矩

3．3 组合臂架扭转惯性矩等效方法

3．4 臂架的有限元简化模型

3．4．1 简化模型的单元类型选择

3．4．2 臂架各部分的铰点连接

3．4．3 有限元模型的边界条件

3．5 简化模型算例验证

3．5．1 复杂模型的屈曲分析

3．5．2 简化模型的屈曲分析

3．5．3 复杂模型和简化模型的结果误差分析

3．6 本章小结

4 起重机组合臂架扭转效应对整体稳定性的影响因素分析

4．1 主臂扭转惯性矩对组合臂架整体稳定性分析

4．2 空间腹杆对于臂架抗扭刚度的影响

4．3 水平偏载对于组合臂架扭转效应的影响

4．4 基于相同扭转效应不同副臂仰角的臂架稳定性的比较

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢