履带起重机臂架的静动力学分析与仿真

论文摘要

臂架是履带起重机承受载荷的主要部件之一,臂架的静动态特性对履带起重机的安全性有着直接的影响。臂架不但组合方式多,而且载荷复杂,无论采用工程分析方法还是有限元法,对其受力特性进行全面的分析都是比较麻烦的事情。因此,有必要探讨反映臂架的力学特性且计算量小的分析方法,以及反应臂架真实工作状况的仿真方法。户外工作的起重机常受到风载荷的影响,对起重作业造成干扰,易引发事故。起重机是一种经常反复作业的机械,突然起吊和突然卸载的情况时有发生,这会对臂架产生瞬时冲击振动,虽然该瞬态响应作用的时间很短,但结构将在短时间内达到最大响应,对臂架的安全性有着不可忽视的影响。针对上述问题,本论文对某型号履带起重机18m臂架结构起吊额定起重量160t时的工况进行了静动力学分析及仿真。静力分析分有风和无风两种情况对突然起升和回转启动两种危险工况进行了强度校核,通过分析可知风载荷对回转启动工况影响较为严重,最大应力和最大位移值发生在突然起升工况。以振动理论为基础,对臂架进行了模态分析,得出了臂架的前几阶固有频率及相对应的振型,分析表明振源频率均不在臂架的固有频率范围内,臂架在正常工作时不会发生共振。根据起重机动力学,对突然起升工况和突然卸载工况进行了瞬态分析,可知突然起升工况对臂架的冲击较为严重。将突然起升工况的静力分析和动力分析结果进行对比可知,动力分析的最大应力值和位移值小于静力分析,可以确定静力分析时选取的动载系数偏大。由于在动力分析时将激振力函数简化为线性函数,与实际情况存在一定的差距,本文通过刚柔耦合仿真对突然起升工况进行了分析,进一步了解了该工况的动力学特性,为修正动载系数提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 履带起重机的发展概述
• 1.2.1 国外履带起重机的发展现状
• 1.2.2 国内履带起重机的发展现状
• 1.2.3 履带起重机的发展趋势
• 1.2.4 起重机动力学的研究现状
• 1.3 课题研究的内容
• 第2章 有限元分析及动力学仿真基本概况
• 2.1 有限元的理论基础
• 2.1.1 弹性力学基本理论
• 2.1.2 有限元法的基本思想
• 2.2 虚拟样机的定义及特点
• 2.3 多体系统动力学理论
• 2.3.1 多刚体系统动力学模型
• 2.3.2 多柔体系统动力学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 履带起重机臂架静强度分析
• 3.1 臂架结构形式及其基本参数
• 3.1.1 臂架的结构形式
• 3.1.2 起重机的基本参数
• 3.2 臂架载荷
• 3.2.1 载荷类别
• 3.2.2 臂架载荷计算
• 3.2.3 许用强度和刚度的确定
• 3.3 ANSYS中臂架模型的建立
• 3.3.1 臂架有限元模型的简化
• 3.3.2 ANSYS单位制的确定以及单元类型的选取
• 3.3.3 ANSYS中臂架模型载荷及铰接的处理
• 3.4 静力分析结果
• 3.4.1 无风工况
• 3.4.2 有风工况
• 3.4.3 无风工况和有风工况的分析结果对比
• 3.5 臂架稳定性校核
• 3.6 本章小结
• 第4章 履带起重机臂架动力学分析
• 4.1 臂架结构固有振动特性的分析
• 4.1.1 模态分析的基本理论
• 4.1.2 模态提取方法
• 4.1.3 臂架结构模态分析
• 4.2 瞬态动力学分析
• 4.2.1 瞬态动力学分析的理论基础
• 4.2.2 瞬态动力学分析的求解方法
• 4.2.3 瞬态分析关键选项的设置
• 4.2.4 臂架的瞬态冲击振动分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 起重机刚柔耦合模型的仿真
• 5.1 ADAMS与其他软件间的数据传输
• 5.1.1 PRO/E与ADAMS之间的数据转换
• 5.1.2 ANSYS与ADAMS之间的数据传输
• 5.2 柔性体建模的关键技术
• 5.2.1 ADAMS/Flex柔性模块
• 5.2.2 离散法建立柔性体
• 5.2.3 轴套力参数的确定
• 5.2.4 部件间约束的施加
• 5.3 起升工况仿真
• 5.3.1 起升工况臂架的应力测试
• 5.3.2 起升动载系数分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢