周泉 龍鋁波 楊娟

摘 要：在proe中建立汽車起重機的轉(zhuǎn)臺模型，在hypermesh中建立轉(zhuǎn)臺有限元模型，并模擬現(xiàn)實，驗證應(yīng)力和應(yīng)變是否合格。針對應(yīng)變過大的問題，應(yīng)用此模型進行不同方案的優(yōu)化，對比優(yōu)化結(jié)果和增加的重量，獲得增強轉(zhuǎn)臺剛度的最優(yōu)方案。

關(guān)鍵詞：起重機 轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化

0、引言

汽車起重機是一種由支腿、車架、轉(zhuǎn)臺、吊臂四大部件構(gòu)成的重要工程起重機，它具有機動性好、移動作業(yè)現(xiàn)場快、利用率高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于港口、碼頭、車站、機場和一些建筑工地，主要用來裝卸和搬運貨物、建筑結(jié)構(gòu)安裝以及建筑材料、預(yù)制構(gòu)件的裝卸。作為汽車起重機最重要部件之一的轉(zhuǎn)臺，在起重機中起著承上起下的作用，在大載荷工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)臺承受著該起重機的上車自重和吊重，其載荷形式包括縱向彎曲、扭轉(zhuǎn)、橫向彎曲，以及它們的組合，而且轉(zhuǎn)臺多采用由鋼板焊接而成的箱形薄壁結(jié)構(gòu)，因此，轉(zhuǎn)臺是整臺起重機的薄弱環(huán)節(jié)，一旦轉(zhuǎn)臺主要結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞問題，將會導(dǎo)致整臺起重機產(chǎn)生致命的損傷。

在起重機吊重時，載荷的激勵可能會引起轉(zhuǎn)臺的疲勞，使轉(zhuǎn)臺的使用壽命降低，所以對轉(zhuǎn)臺進行剛度、強度分析，設(shè)計出滿足強度、剛度要求，質(zhì)量輕結(jié)構(gòu)合理的轉(zhuǎn)臺，對推動我國汽車起重機的發(fā)展具有非常重要的意義。

本文利用proe建模，hypermesh劃分網(wǎng)格，nastran計算的分析方法，獲得轉(zhuǎn)臺的應(yīng)力和應(yīng)變云圖，并通過對不同槽鋼和板厚進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對比出在盡可能少的增加重量的前提下，能減小轉(zhuǎn)臺側(cè)向剛度的最優(yōu)方案，從而使得上車實際運行更加平穩(wěn)。該方法可為汽車起重機或者其它工程機械提供計算方法：

1.建模

針對某款汽車起重機，利用proe中基本建模工具，建立三維模型：

1.1有限元模型

整體轉(zhuǎn)臺采用面模型，轉(zhuǎn)臺座圈用實體模型，單元類型：薄板件為殼（2Dshell）單元、實體部分為八結(jié)點實體單元（座圈等厚板）利用有限元軟件hypermesh建立有限元模型

1.2添加約束

固定約束：固定座圈下表面。載荷：包括重力、卷揚力、配重力、變幅力和鉸點力和側(cè)載

1.3計算及結(jié)果顯示

轉(zhuǎn)臺應(yīng)力滿足要求，但由于最大力矩工況轉(zhuǎn)臺側(cè)向位移較大，考慮增加側(cè)向剛度，減小側(cè)向位移

2.優(yōu)化方案

2.1確定多種方案

2.2結(jié)果對比

2.3結(jié)果分析

分析以上四種方案側(cè)向位移減小和增加重量之間的關(guān)系

從增加重量對轉(zhuǎn)臺側(cè)向剛度的改善的貢獻值可以看出：方案一的貢獻值最大，也就是增加上斜槽鋼的板厚，對于減小轉(zhuǎn)臺側(cè)向剛度具有更加顯著的效果。而方案四的貢獻值最小，也就是增加座體后斜板的板厚，對于減小轉(zhuǎn)臺側(cè)向剛度具有最不明顯的效果，作用最差。

3.結(jié)論

汽車起重機的轉(zhuǎn)臺側(cè)向剛度關(guān)系到整個上車操作的平穩(wěn)性和操控性，是直接和客戶的操作相關(guān)的設(shè)計參數(shù)，通過應(yīng)用hypermesh軟件，將汽車起重機的轉(zhuǎn)臺進行了有限元建模及分析優(yōu)化，得到如下結(jié)論：

1.減小側(cè)向剛度，增加上斜槽鋼的板厚能達到最明顯的效果。

2.減小側(cè)向剛度，增加下斜槽鋼的板厚效果次之。

3.減小側(cè)向剛度，增加座體后斜板的板厚效果最差。

結(jié)果中可以看出：為保證轉(zhuǎn)臺在最小重量的前提下，增加斜上槽鋼的板厚，更能提高轉(zhuǎn)臺的側(cè)向剛度，減小側(cè)向位移，從而提高整個上車作業(yè)和啟停的平穩(wěn)性，達到最優(yōu)化的設(shè)計。

參考文獻：

[1]李楚林等.hyperwork的分析應(yīng)用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[2]錢令希.工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[M].水利電力出版社.1983年.

[3]劉榮軍，吳新躍鄭建華.有限元建模中的幾何清理問題[J].機械設(shè)計與制造，2005年09