32吨汽车起重机底架优化设计与分析研究

论文摘要

QY32W汽车起重机是公司为满足巴基斯坦军方32吨汽车起重机的特殊要求而设计和开发的出口型军工产品,鉴于出口型军品的特殊性,产品对整机可靠性和维修性等有更高的要求。为满足军工产品需要,有必要对32吨汽车起重机底架结构进行细致的优化设计与分析研究,以提高产品质量和可靠性。底架结构是汽车起重机主要结构件之一,对整机性能关系重大,它的故障将产生严重后果:强度不足将导致结构件的变形和损坏;刚度不足导致作业不稳定,使起重机回转部分损坏,甚至倾覆。底架结构自重约占整机重量的15%～25%,在保证底架足够的强度和刚度,同时最大限度地减轻自重,提高承载能力是行业间重要研究内容。随着起重机产品不断向大吨位发展,这一课题愈显重要和迫切。作为汽车产品,在起重机整机布置中,整机高度有国家标准严格要求,同时为满足整机铁路运输的需要和保证整机有良好的行驶稳定性,要求整机高度和重心尽可能低。为满足汽车行驶要求,整机又必须保证良好的通过性能,即有适当的接近角、离去角和纵、横通过半径,又要求整机布置尽可能抬高。但是,在起重机总体设计和布置中,由于受结构限制,悬架系统、驱动桥和车轮滚动半径等决定整机高度的因素,其可以调整的范围又很小。解决这一矛盾的最好办法就是底架结构在有足够强度、刚度和局部抗失稳的能力的前提下,尽可能减小底架主体截面高度。为此,在底架结构设计中,对底架结构进行精确的计算和分析就显得十分必要。同时,在起重机总体布置中,为保证各部件间结构和布置的协调,需要对底架结构某些局部进行调整和处理。局部的结构调整和处理,必然对底架的强度、刚度和局部抗失稳的能力产生影响,为保证整机的可靠性,避免因局部应力集中和局部失稳和损坏,从而造成事故。因此,对底架结构局部进行精确的计算和分析是十分必要的。本文以公司现实的生产和经营为基础,首先以总体设计和计算为依据,绘制底架结构工作图,并在实际生产过程中验证结构设计及其工艺性,并对底架结构进行局部的修改和调整,在此基础上进行三维实体建模,进行有限元计算和分析。将有限元计算和分析结果,同实际的结构试验数据进行分析和比较,并把两者有机结合起来,指导底架结构工作图的定型整顿,使之得到最优化。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 现代计算方法简介
• 1.2.1 极限状态计算法
• 1.2.2 许用应力计算法
• 1.3 现代设计方法简介
• 1.3.1 准则法
• 1.3.2 数学法
• 1.3.3 有限元法简介
• 2 汽车起重机底架设计计算
• 2.1 计算载荷的分类
• 2.1.1 基本载荷
• 2.1.2 附加载荷
• 2.1.3 特殊载荷
• 2.2 计算载荷的组合
• 2.3 汽车起重机底架计算
• 2.3.1 汽车起重机底架作用载荷
• 2.3.2 底架优化的目标函数和设计变量
• 2.3.3 建立约束条件
• 3 QY32W汽车起重机底架结构开发
• 3.1 QY32W汽车起重机产品简介
• 3.1.1 产品概述
• 3.1.2 产品主要技术参数
• 3.1.3 产品主要设计条件
• 3.2 QY32W汽车起重机底架结构优化设计
• 3.2.1 底架结构设计方案优化
• 3.3 QY32W汽车起重机底架结构计算
• 3.3.1 计算模型和结构要素
• 3.3.2 底架结构应力计算
• 3.3.3 固定支腿强度计算
• 3.4 底架结构材料简介
• 3.5 计算结论
• 3.6 底架结构截面要素的确定
• 3.7 QY32W底架结构改进设计
• 3.7.1 底架结构前、后段的结构形式和连接改进
• 3.7.2 前固定腿斜撑结构改进
• 3.7.3 下槽板和隔板结构改进
• 3.7.4 后封板结构形式改进
• 4 QY32W汽车起重机底架结构有限元分析
• 4.1 有限元分析平台
• 4.2 分析方法
• 4.3 计算工况
• 4.4 实体建模
• 4.4.1 三维实体模型
• 4.4.2 边界条件
• 4.4.3 网格划分
• 4.5 求解
• 4.6 计算结果及结论
• 4.6.1 工况Ⅱ、θ=40°的应力分布图
• 4.6.2 工况Ⅱ、θ=50°的应力分布图
• 4.6.3 工况Ⅱ、θ=60°的应力分布图
• 4.6.4 工况Ⅲ、θ=40°的应力分布图
• 4.6.5 工况Ⅲ、θ=50°的应力分布图
• 4.6.6 工况Ⅲ、θ=60°的应力分布图
• 4.6.7 结论
• 5 QY32W汽车起重机底架结构可靠性试验
• 5.1 结构应力测试
• 5.1.1 QY32W汽车起重机结构应力测试工况
• 5.1.2 QY32W结构应力测试方位示意图
• 5.1.3 QY32W结构应力测试布点图
• 5.1.4 QY32W结构应力测试结果
• 5.1.5 QY32W结构应力测试结论
• 5.2 作业可靠性试验和稳定性试验
• 5.2.1 QY32W作业可靠性试验
• 5.2.2 QY32W静稳定性试验
• 5.2.3 试验结论
• 6 总结
• 6.1 计算、有限元和应力测试结果比较
• 6.2 本文完成的主要工作
• 6.3 结论和展望
• 6.3.1 主要研究结论和创新点
• 6.3.2 主要问题和展望
• 致谢
• 参考文献