高空作业平台上车的虚拟样机与结构分析

论文摘要

高空作业平台广泛用于船舶、市政建设、消防、港口货运、建筑、物流等作业。高空作业平台是载人高空作业机器,用于运送工作人员和使用器材到指定高度进行作业的特种机器,其设计也较一般机器有更高的要求。因此,有必要对高空作业平台上车的受力及结构可靠性进行分析。本文以某新型25米直臂高空作业平台上车为研究对象,分析了其工况、建立其理论模型和虚拟样机,并进行了运动仿真分析,进而根据仿真结果对上车主要结构进行了强度和屈曲性能分析。论文具体内容有:(1)介绍了选题的背景和意义,阐述了国内外高空作业平台的发展现状和直臂式高空作业平台上车的研究现状。(2)根据高空作业平台的作业范围,分析了上车的作业工况,建立了变幅机构、调平机构、臂架的运动数学模型,建立了高空作业平台上车的力学模型,并采用MATLAB软件计算出偏载荷时上车的理论受力。(3)采用变幅油缸和调平油缸长度间的数学关系施加驱动约束,较好地实现了调平机构的调平功能,使得工作平台保持水平状态。建立上车的虚拟样机,分析出了该高空作业平台臂架在各工况下的受力,并与理论计算结果进行了比较分析。结果表明,高空作业平台上车的虚拟样机是可靠的。采用此虚拟样机,并考虑摩擦因素后,仿真出了考虑摩擦力后的各工况臂架受力。(4)根据运动仿真结果,分析出了臂架和回转平台的恶劣工况;根据国际标准和澳大利亚标准,计算了臂架的风载荷和回转平面的惯性载荷;在ANSYS Workbench环境中,建立了臂架和回转平台的有限元模型,并分析了臂架和回转平台在恶劣工况时的强度、刚度和屈曲性能,而且根据分析结果对回转平台的结构作了改进,以满足澳大利亚标准要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外高空作业平台发展现状
• 1.3 高空作业平台结构设计相关技术现状
• 1.3.1 高空作业平台虚拟样机的研究现状
• 1.3.2 高空作业平台结构设计的有限元技术应用现状
• 1.3.3 高空作业平台结构设计其它技术现状
• 1.4 课题来源与研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题的研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 虚拟样机技术和有限元法
• 2.1 虚拟样机技术
• 2.1.1 虚拟样机技术和ADAMS 简介
• 2.1.2 ADAMS 的分析方法
• 2.1.3 机械系统的自由度
• 2.2 有限元法
• 2.2.1 有限元法的概念及在机械工程中的应用
• 2.2.2 有限元法的计算思路和步骤
• 2.2.3 有限元建模过程中的关键技术
• 2.3 本章小结
• 第三章 高空作业平台上车的理论模型
• 3.1 直臂高空作业平台上车的主要结构及工作原理
• 3.2 高空作业平台上车工况分析
• 3.3 高空作业平台上车的运动数学模型
• 3.3.1 变幅机构的运动数学模型
• 3.3.2 调平机构的运动数学模型
• 3.3.3 臂架的运动数学函数
• 3.4 高空作业平台上车的力学模型
• 3.4.1 高空作业平台的载荷
• 3.4.2 高空作业平台上车的力学模型
• 3.5 理论模型计算结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 高空作业平台上车的虚拟样机
• 4.1 物理建模
• 4.1.1 施加运动副
• 4.1.2 施加驱动约束
• 4.1.3 施加载荷
• 4.1.4 仿真设置
• 4.2 仿真结果分析及讨论
• 4.3 考虑摩擦因素后的仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 高空作业平台上车结构分析
• 5.1 臂架恶劣工况分析
• 5.2 回转平面内的风载荷和惯性载荷
• 5.2.1 臂架风载荷和惯性载荷
• 5.2.2 工作平台风载荷和惯性载荷计算
• 5.2.3 工作人员风载荷和惯性载荷计算
• 5.2.4 工具的风载荷和惯性载荷计算
• 5.3 臂架的结构分析
• 5.3.1 臂架有限元模型
• 5.3.2 臂架强度分析
• 5.3.3 臂架刚度分析
• 5.3.4 臂架屈曲分析
• 5.4 回转平台的结构分析
• 5.4.1 回转平台有限元模型
• 5.4.2 回转平台的强度分析
• 5.4.3 回转平台的屈曲分析
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录