安徽柳工起重機(jī)有限公司 安徽蚌埠 233000

箱型吊臂在業(yè)內(nèi)以組成結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，穩(wěn)定性極佳等特點被人們所熟知。以汽車起重機(jī)上的應(yīng)用最為廣泛。汽車起重機(jī)箱體內(nèi)部設(shè)有存儲伸縮液的壓缸，用于結(jié)構(gòu)支撐的滑塊以及吊臂的各個節(jié)臂組成，轉(zhuǎn)臺和根部之間形成鏈接，使吊臂能夠在一定幅度內(nèi)進(jìn)行自由旋轉(zhuǎn)和滑動。在設(shè)備本身嚴(yán)密結(jié)構(gòu)的要求之下，需要相關(guān)的的工作人員具有相應(yīng)的技術(shù)水平，才能夠發(fā)揮出起該重機(jī)的最佳性能，解決工作環(huán)境中的各種復(fù)雜狀況。同時在起重機(jī)箱型吊臂的不同工作狀態(tài)下，加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)的設(shè)計研發(fā)，完善設(shè)備的不足之處，為工程的進(jìn)行提供可靠支持。

1 起重機(jī)吊臂的綜合概述

起重機(jī)在工程建設(shè)之中的應(yīng)用極其廣泛，對提高項目質(zhì)量，節(jié)省人工勞力，加快工程的推進(jìn)等方面都有一定的幫助。吊臂作為起重機(jī)的核心部位，在起重機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化中顯得極其重要。隨著當(dāng)代計算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，將傳統(tǒng)設(shè)計中的吊臂設(shè)計技術(shù)與虛擬建模等多種技術(shù)相互結(jié)合，降低起重機(jī)技術(shù)使用門檻，使起重機(jī)在原有旋轉(zhuǎn)，升降控制的基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)更加精準(zhǔn)化、科學(xué)化的控制。當(dāng)前起重機(jī)箱型吊臂依據(jù)其變幅長度可以分為伸縮式和定長式兩類。依據(jù)使用場景的不同選取不同的吊臂種類。伸縮式吊臂與定長式吊臂的不同在于通過采用堅韌的鋼絲繩在頂部進(jìn)行牽引，最后實現(xiàn)伸縮功能的實現(xiàn)。二者在整個結(jié)構(gòu)中基本相同，基本臂設(shè)為直臂。可折疊的中間臂節(jié)使臂根的位置降低，讓底座轉(zhuǎn)臺能夠分布更加均衡。汽車起重機(jī)本身受到尺寸和空間的限制，采用伸縮臂的設(shè)計模式是現(xiàn)有方案下最佳的選擇。頂部實現(xiàn)長度變化，增加使用場景。采用液壓技術(shù)，在不削減起重機(jī)的吊臂質(zhì)量的同時，增加起重機(jī)的穩(wěn)定性，防止在高強(qiáng)度的工作下發(fā)生側(cè)翻，吊臂斷裂等事故的發(fā)生[1]。

近些年來隨著世界工業(yè)化，機(jī)械化水平的不斷提高，世界范圍內(nèi)起重機(jī)行業(yè)的競爭愈發(fā)激烈。市場中的部分中小型或具有一定規(guī)模的企業(yè)在不斷的競爭歷程被淘汰或收購。尤其是在國內(nèi)基建不斷擴(kuò)大的背景，現(xiàn)有市場下各類工程對于起重機(jī)仍然存在大量需求。同樣加劇了各企業(yè)之間通過不斷擴(kuò)大市場規(guī)模，占據(jù)市場份額的慘烈競爭。汽車起重機(jī)具有靈活，工作效率高等特點。在災(zāi)后修復(fù)環(huán)境建筑和常見的工業(yè)生產(chǎn)上都能夠發(fā)揮積極作用。在早期的汽車起重機(jī)中大多使用的是較為傳統(tǒng)的機(jī)械驅(qū)動的方式。隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓伸縮型吊臂逐步代替了傳統(tǒng)模式中的起重方式。以德國、日本為首的發(fā)達(dá)國家以及歐洲具有完整工業(yè)設(shè)計鏈的國家制造的起重機(jī)在市場中受到廣泛的的好評。我國企業(yè)在起重機(jī)吊臂的設(shè)計領(lǐng)域中還處于落后狀態(tài)。這就也要求國內(nèi)的設(shè)計人員，不斷地吸收國外的優(yōu)秀經(jīng)驗，結(jié)合國內(nèi)實際應(yīng)用的詳情，設(shè)計具有中國工業(yè)生產(chǎn)特點的起重機(jī)機(jī)箱吊臂。以滿足未來眾多基建以及工業(yè)生產(chǎn)的各種需求，打破傳統(tǒng)發(fā)達(dá)國家在此方面的壟斷。

2 起重機(jī)箱吊臂設(shè)計結(jié)構(gòu)分析

起重機(jī)由底座和吊臂兩部分組成部分，其中以吊臂為實際生產(chǎn)工作的核心。常規(guī)工作情況下吊臂的工作狀態(tài)有三種常規(guī)負(fù)載，偶然負(fù)載，特殊負(fù)載。吊臂在工作的不同場景將會擁有不同的負(fù)載狀態(tài)。常規(guī)負(fù)載是實際生產(chǎn)過程中遇到最多的負(fù)載狀態(tài)。同時也是吊臂設(shè)計需要考慮的主要狀態(tài)。常規(guī)負(fù)載決定了該起重機(jī)的預(yù)設(shè)使用場景。重力影響和器械產(chǎn)生的驅(qū)動力綜合產(chǎn)生的負(fù)載狀態(tài)是常規(guī)負(fù)載主要考慮因素。同時考慮到由工作生產(chǎn)過程中加速度的影響也會產(chǎn)生一定的負(fù)載。這部分負(fù)載相比其他因素而言對設(shè)備的整體運行的影響較小，但仍需要考慮到吊臂結(jié)構(gòu)設(shè)計的考慮因素之中，保證起重機(jī)吊臂設(shè)計運行的穩(wěn)定性。偶然負(fù)載是指在實際生產(chǎn)過程中可能會產(chǎn)生的額外負(fù)載。其中以各類型特殊天氣為代表的自然因素為主。在實際的生產(chǎn)過程中，在不良天氣下進(jìn)行施工操作是業(yè)內(nèi)常態(tài)?？紤]到不良天氣對起重機(jī)設(shè)備的影響，起重機(jī)吊臂設(shè)計在材料的選取，整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性上進(jìn)行考慮，應(yīng)滿足在異常天氣的工作能夠正常進(jìn)行，防止起重機(jī)吊臂各關(guān)節(jié)部分發(fā)生銹化現(xiàn)象。特殊負(fù)載是指在非正常工作過程中額外產(chǎn)生的的負(fù)載。此類負(fù)載極其考驗吊臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計是否足夠保證運行的安全穩(wěn)定。其中常見情況有超額運輸，意外側(cè)翻，碰撞事故等多種情況。當(dāng)此類特殊情況的發(fā)生，吊臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計首要保證的是相關(guān)工作人員的生命安全，吊臂結(jié)構(gòu)設(shè)計不產(chǎn)生額外的威脅生命安全因素。以吊臂斷裂為例，當(dāng)超額負(fù)載導(dǎo)致單節(jié)或多節(jié)吊臂發(fā)生斷裂時，整個起重機(jī)能夠在斷裂后的設(shè)備基礎(chǔ)上保持整體的穩(wěn)定性，不會因為不平衡產(chǎn)生二次側(cè)翻事故威脅到相關(guān)工作人員的生命安全。在起重機(jī)設(shè)計過程中考慮到多種負(fù)載模式下的吊臂設(shè)計，當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計中以順序伸縮型，同步伸縮型，獨立伸縮型3 種為主。順序伸縮型吊臂結(jié)構(gòu)的質(zhì)量最低，是三種設(shè)計模式較為靈活，設(shè)計制造價格也是最為便宜的類型。同步伸縮型吊臂結(jié)構(gòu)的特點是在相同臂展結(jié)構(gòu)中，其負(fù)載能力和起重性能是較為優(yōu)秀的。獨立型吊臂結(jié)構(gòu)是當(dāng)前最重的結(jié)構(gòu)，相比于其他吊臂結(jié)構(gòu)來說需要更加多的驅(qū)動力以及更穩(wěn)定的底座支持。當(dāng)然它的負(fù)載性能和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)非常優(yōu)秀。從結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，起重機(jī)的吊臂設(shè)計需要進(jìn)行多種因素下的綜合考量，從穩(wěn)定性，安全性，負(fù)載額度等多角度實現(xiàn)綜合創(chuàng)新[2]。

3 起重機(jī)箱吊臂設(shè)計數(shù)學(xué)模型分析

計算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了起重機(jī)吊臂設(shè)計的高效進(jìn)行。打破常規(guī)模式對實際演示的缺乏，通過調(diào)整起重機(jī)吊臂自身結(jié)構(gòu)和重量之間的配比，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)更合理，工作效率更加高效的目標(biāo)。通過建立數(shù)學(xué)模型對當(dāng)前吊臂設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，再使用計算機(jī)進(jìn)行模擬分析。首先以吊臂重量、基本臂的截面大小、吊臂頂端的可伸縮范圍等吊臂結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)設(shè)置成為數(shù)學(xué)模型內(nèi)的相關(guān)參數(shù)，添加有關(guān)局部及整體穩(wěn)定性下的基本要求，選取涉及力學(xué)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)算法，組成該吊臂設(shè)計的完整數(shù)學(xué)模型。其中，吊臂自身重量是建立數(shù)學(xué)模型中的核心指標(biāo)之一，以吊臂自身重量作為函數(shù)首要變量，材重比，某一節(jié)臂橫截面積和對應(yīng)長度作為次要變量，共同組成為有關(guān)穩(wěn)定性的函數(shù)。吊臂采用具有較強(qiáng)承載能力的矩形箱型結(jié)構(gòu)。同時對各節(jié)臂的材料厚度和質(zhì)量進(jìn)行測量計算。根據(jù)設(shè)備未來使用場景和以往的設(shè)計經(jīng)驗，對兩節(jié)臂之間的空間進(jìn)行預(yù)留，保證起重機(jī)吊臂在實際工作進(jìn)程中能夠進(jìn)行靈活操控。基本要求中的局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性分別體現(xiàn)在吊臂頂端伸縮長度，吊臂水平旋轉(zhuǎn)額度，節(jié)臂蓋板穩(wěn)定性的要求中，根據(jù)不同部分的實際要求對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行調(diào)整。在計算機(jī)中建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式，帶入起重機(jī)實際的吊臂數(shù)據(jù)得到頂端伸縮最大長度限制和吊臂水平旋轉(zhuǎn)額度，確定設(shè)備的適用范圍。節(jié)臂蓋板穩(wěn)定性則需要分別在公式中帶入二號節(jié)臂和三號節(jié)臂的相關(guān)數(shù)據(jù)，得到節(jié)臂穩(wěn)定性系數(shù)。再從吊臂整體穩(wěn)定性的角度對整個節(jié)臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行軸向力的雙向彎矩與橫向受力的構(gòu)件分析，同時對整體的穩(wěn)定性進(jìn)行驗算，最終達(dá)到起重機(jī)吊臂的最佳比例。通過建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬計算能夠直接體現(xiàn)出吊臂自重和結(jié)構(gòu)之間的配比關(guān)系，逐步減輕自重，減小基本臂的截面尺寸，提高截面寬厚度比值，實現(xiàn)吊臂的負(fù)載和穩(wěn)定性的最終提高。同時，針對實際工程中可能存在吊臂損壞、器械側(cè)翻、起重機(jī)調(diào)度等多種情況，同樣可以采取建立數(shù)學(xué)模型的方式進(jìn)行處理。首先在箱型起重機(jī)的各個節(jié)點之處設(shè)有相關(guān)傳感器，隨后模擬吊臂損壞、器械側(cè)翻等情況發(fā)生的過程。集合事故發(fā)生時起重機(jī)上預(yù)設(shè)傳感器的參數(shù)變化，對部分節(jié)臂，底座等關(guān)鍵節(jié)點的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行分析。建立數(shù)學(xué)模型得到起重機(jī)各個部分對于事故發(fā)生的影響，并依據(jù)數(shù)據(jù)將對應(yīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)前大環(huán)境下，在箱型起重機(jī)設(shè)計中應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)對原有的設(shè)計環(huán)節(jié)進(jìn)行革新，減少工作人員的計算量，使設(shè)計過程更加直觀，得到的設(shè)計結(jié)構(gòu)更加堅實可靠。最終通過科學(xué)規(guī)范的方式，合理的設(shè)計環(huán)節(jié)減少因結(jié)構(gòu)重量配比和起重機(jī)結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致局部事故發(fā)生[3]。

4 結(jié)語

我國起重機(jī)箱型吊臂設(shè)計落后已經(jīng)成為當(dāng)前行業(yè)發(fā)展過程中需要突破的問題。面臨市場內(nèi)部大量的需求和國內(nèi)外激烈的競爭。隨著時間不斷推進(jìn)，采用計算機(jī)技術(shù)終將成為起重機(jī)吊臂設(shè)計領(lǐng)域中的一個重要的技術(shù)支持。針對起重機(jī)吊臂設(shè)計的重點難題。以建立數(shù)學(xué)模型的方式，讓相關(guān)工作人員能夠在設(shè)計中專注于吊臂的結(jié)構(gòu)比例，使其更加堅實可靠。提高起重機(jī)的工作效率，讓企業(yè)獲取能更高的經(jīng)濟(jì)效益。同時讓我國起重機(jī)吊臂設(shè)計在結(jié)構(gòu)配比，經(jīng)濟(jì)成本，工作效率等多個方面達(dá)到最佳平衡，形成領(lǐng)域內(nèi)的競爭力。