18米高空作业车作业臂结构设计与优化仿真分析

摘要

高空作业车是一种用来运送工作人员和工作器材到达指定高度的工程机械设备。目前，高空作业车的使用领域不断扩大，同时为了满足实际工程的需要，高空作业车的性能正越来越完善。在这种情况下，为了保证工作人员在实际作业时的人身安全，对作业臂力学性能的研究就成为高空作业车设计领域的重点研究内容。
　　本文以18m高空作业车为研究对象，首先对其进行总体布置、匹配液压系统、选定调平机构；在完成这些步骤之后，通过ANSYS软件对作业臂建立有限元模型，并在最大工作半径和最大工作高度两种工况下对其进行结构静强度和静刚度的分析，获得了这两种工况下作业臂的应力分布、应力危险部位和应变分布，计算结果表明作业臂满足结构静强度、静刚度的要求；接着以作业臂质量为优化目标，以各节臂钢板厚度为设计变量，在保证强度、刚度满足要求的前提下，对所研究的作业臂进行结构优化设计，优化后的作业臂自重减少了137.8kg，达到了节省材料、降低成本的目的；然后建立作业臂系统的动力学模型，对工作平台的位移、速度和加速度以及三个液压缸的驱动力进行了仿真分析。
　　为了进一步保证作业臂的强度和刚度，还需找出在进行最大作业高度运动的过程中，最大应力值位置的受力情况，并以该处受力的最大值作为载荷进行有限元分析，分析结果表明作业臂仍然满足许用条件。

目录

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 高空作业车行业概况与国内的研究现状

1.2.1 国外发展概况

1.2.2 国内发展概况

1.2.3 国内的研究现状

1.3 高空作业车综述

1.3.1 工作机构

1.3.2 金属结构

1.3.3 动力装置

1.3.4 控制系统

1.4 本文研究的主要内容

第二章 作业臂的结构设计与液压缸匹配

2.1 作业臂尺寸的计算与选定

2.1.1 上、下臂长度的确定

2.1.2 第二、三臂长度分配

2.1.3 作业平台的的尺寸选定

2.2 液压系统的布置与匹配

2.2.1 回转机构和变幅机构液压回路

2.2.2 下臂液压缸设计

2.2.3 第二臂和第三臂液压缸的设计

2.2.4 液压泵的选择

2.2.5 液压油箱的选择

2.3 作业平台调平机构设计

2.4 回转机构在底盘上的布置匹配

2.5 整车稳定性分析

2.6 本章小结

第三章 作业臂的有限元分析及优化

3.1 有限元分析理论及软件简介

3.1.1 有限元分析理论

3.1.2 有限元单元理论

3.1.3 有限元法分析步骤

3.1.4 有限元分析软件ANSYS介绍

3.2 作业臂有限元分析

3.2.1 作业臂的结构与材料

3.2.2 有限元模型的建立

3.2.3 作业臂静态特性分析

3.2.4 作业臂模态分析

3.3 作业臂优化设计

3.3.1 ANSYS软件中的优化设计

3.3.2 优化数学模型的建立

3.3.3 优化结果及分析

3.4 本章小结

第四章 高空作业车动态仿真与分析

4.1 多体系统动力学理论及软件简介

4.1.1 多体系统动力学理论

4.1.2 多体动力学软件简介

4.1.3 ADAMS软件中仿真的工作顺序

4.2 ADAMS中三维模型的建立

4.2.1 机构简化

4.2.2 建模过程

4.3 约束及载荷处理

4.4 动态仿真

4.4.1 工作平台的仿真分析

4.4.2 液压缸驱动力仿真

4.5 基于仿真结果的有限元分析

4.5.1 最大载荷及状态的确定

4.5.2 有限元分析

4.6 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

硕士期间参与的科研项目

攻读硕士学位期间发表的论文