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分类号 学校代号1 0 5 3 8 密级 学号2 0 1 8 1 2 0 0 11 2 硕士专业学位论文 作者姓 导师姓 培养学 类别 领域 研究方 提交日 名 史全签 名 垡益查鄞壅垂 院 挝挝盘鲎刍三堡堂堕 名称 盐些三堡 向 盎盐生查基垡刍王猩苤釜 期2 Q 21 生鱼月 Ⅲ8川洲■叶Ⅲ4㈣7Ⅲ6㈣8 ㈣3ⅢY 万方数据 JJ l f f lJ H f r f f [ f f r f l w l i i i I l i f f H i Y 3 8 6 7 4 4 T h eR e s e a r c ho nt h eS t a b i l i t yo fF i v e l e gT r u c k - m o u n t e dC r a n e S H IJ i n q i a o At h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e R e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f M a s t e ro f E n g i n e e r i n g F o r e s t r yE n g i n e e r i n g C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t yo fF o r e s t r ya n dT e c h n o l o g y l 4 9 8S h a o s h a nS o u t hR o a d ，T i a n x i nD i s t r i c t C h a n g s h aH u n a n 410 0 0 4 ，P ．R ．C H I N A S u p e r v i s o r P r o f e s s o rW UX i z h i J u n e ，2 0 2 1 舢8 万方数据 中南林业科技大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品，也不包含为获得中 南林业科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。对本文 的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式表明。本人 完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名更簟柳 阳 j 年铂分日 中南林业科技大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件或电子版，允许 论文被查阅或借阅。本人授权中南林业科技大学可以将本学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密耐。 请您在以上相应方框打“√“ ． 作者签名l 她楠导师签名留舭 测年多月寥日渺1 年阳易日 万方数据 摘要 随着人口红利消失和人力成本增加，林业机械在林业生产中得到了广泛的应 用。随车起重机作为一种十分重要林业机械，具有良好的转运效率和机动性，可 以用于木材装卸运输、苗木移栽等。在起吊工作过程中，随车起重机承受多种复 杂载荷的作用，往往容易发生整体倾翻事故，造成严重的经济损失和人员伤亡。 因此，研究随车起重机稳定性计算方法具有非常重要的实际意义。 本文源于湖南省双达机电有限责任公司的合作项目，以五支腿随车起重机为 研究对象，采用超静定结构力法理论建立五支腿随车起重机支腿反力和支腿抬腿 量理论模型，利用有限元仿真模型进行验证，提出抬腿量法对随车起重机整体稳 定性进行校核，并设计了随车起重机稳定性分析相关的人机交互界面。论文主要 研究内容及结果详细如下 1 采用超静定结构力法理论，建立五支腿随车起重机支腿反力的理论模 型和支腿抬腿量的计算方法，包括无支腿起翘、有支腿起翘、支腿等刚度和支腿 变刚度的理论计算，并选择几个典型工况进行实例计算。研究结果表明在正向 吊载工况下，等刚度支腿反力理论模型和变刚度支腿反力理论模型的计算结果相 差较小。在侧向和后向吊载工况下，两种模型的计算结果相差较大。 2 利用H Y P E R M E S H 和A B A Q U S 有限元软件建立五支腿随车起重机下 车结构的有限元模型，并将支反力和抬腿量的仿真结果与理论模型计算结果进行 对比，验证了理论模型的准确性。研究结果表明支腿反力变刚度理论结果和抬 腿量理论结果与有限元仿真模型计算的结果比较吻合，正向吊载、侧向吊载和后 向吊载的支反力平均误差分别为2 ．1 1 ％、0 ．5 9 ％和3 ．6 5 ％；正向吊载和侧向吊载 的抬腿量平均误差分别为9 ．2 3 ％和1 2 ．8 ％。 3 利用M A T L A B 软件编写随车起重机支腿反力和支腿抬腿量理论模型的 计算程序，遍历起重性能表中的各个工况，得到支反力和抬腿量最大时对应的工 况，使用抬腿量法对起重机稳定性进行校核，并与传统的力矩法进行对比，验证 了抬腿量法校核稳定性的可行性。研究结果表明抬腿量法可用于校核起重机的 稳定性，且考虑了支腿刚度对稳定性的影响。 4 基于M A T L A B 软件的可视化交互模块，设计了五支腿随车起重机稳定 性分析相关的人机交互界面，通过该界面可以快速的求解出支反力和抬腿量，评 万方数据 判起重机的整体稳定性能。 关键词随车起重机；力法；抬腿量法；稳定性；有限元仿真 万方数据 A B S T R A C T W i t ht h ed i s a p p e a r a n c eo ft h ed e m o g r a p h i cd i v i d e n da n dt h ei n c r e a s ei nl a b o r c o s t s ，f o r e s t r ym a c h i n e r yh a sb e e nw i d e l yu s e di nf o r e s t r yp r o d u c t i o n ．A sav e r y i m p o r t a n tf o r e s t r ym a c h i n e ，t h et r u c k - m o u n t e dc r a n eh a sg o o dt r a n s p o r te f f i c i e n c y a n dm o b i l i t y ，a n dc a nb e u s e df o rt i m b e rh a n d l i n ga n dt r a n s p o r t a t i o n ，s e e d l i n g t r a n s p l a n t i n g ，e t c ．D u r i n gt h eh o i s t i n gp r o c e s s ，t h et r u c k - m o u n t e dc r a n ei ss u b j e c t e d t oav a r i e t yo fc o m p l e xl o a d s ，a n di ti so f t e np r o n et oo v e r a l lt i p p i n ga c c i d e n t s ， c a u s i n gs e r i o u se c o n o m i cl o s s e sa n dc a s u a l t i e s ．T h e r e f o r e ，i th a sv e r yi m p o r t a n t p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t os t u d yt h es t a b i l i t yc a l c u l a t i o nm e t h o do ft r u c k - m o u n t e d C r a n e ． T h i sa r t i c l eo r i g i n a t e df r o ma c o o p e r a t i v ep r o j e c t o fH u n a nS h u a n g d a E l e c t r o m e c h a n i c a lC o ．，L t d ．T a k i n gt h ef i v e l e gt r u c k m o u n t e dc r a n ea st h er e s e a r c h o b j e c t ，t h es t a t i c a l l yi n d e t e r m i n a t es t r u c t u r ef o r c em e t h o di s u s e dt oe s t a b l i s ht h e t h e o r e t i c a lm o d e lo ft h ef i v e - l e gt r u c k - m o u n t e dc r a n e ’So u t r i g g e rr e a c t i o nf o r c ea n d t h ea m o u n to fo u t r i g g e rl i f t ，a n dt h ef i n i t ee l e m e n ts i m u l a t i o nm o d e li su s e dt ov e r i f y i t ．T h el e gl i f tm e t h o di sp r o p o s e dt oc h e c kt h eo v e r a l ls t a b i l i t yo ft h et r u c k m o u n t e d c r a n e ，a n dah u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o ni n t e r f a c er e l a t e dt ot h es t a b i l i t ya n a l y s i so f t h et r u c k - m o u n t e dc r a n ei sd e s i g n e d ．T h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t so ft h e t h e s i sa r ea sf o l l o w s 1 ．T h es t a t i c a l l yi n d e t e r m i n a t es t r u c t u r ef o r c em e t h o dt h e o r yi su s e dt oe s t a b l i s h t h et h e o r e t i c a lm o d e lo ft h eo u t r i g g e rr e a c t i o nf o r c eo ft h ef i v e - l e gt r u c k - m o u n t e d c r a n ea n dt h ec a l c u l a t i o nm e t h o df o rt h ea m o u n to fo u t r i g g e rl i f t ．I n c l u d i n gt h e t h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n so ft h eu p l i f t i n gw i t h o u to u t r i g g e r s ，u p t u r n i n gw i t ho u t r i g g e r s ， t h es t i f f n e s so fo u t r i g g e r s ，a n dt h ev a r i a b l es t i f f n e s so fo u t r i g g e r s ，a n ds e l e c t i n g s e v e r a lt y p i c a lw o r k i n gc o n d i t i o n sf o re x a m p l ec a l c u l a t i o n s ．T h er e s e a r c hr e s u l t ss h o w t h a tt h ec a l c u l a t i o nr e s u l t so ft h ee q u a ls t i f f n e s so u t r i g g e rr e a c t i o nf o r c et h e o r e t i c a l m o d e la n d t h ev a r i a b l es t i f f n e s so u t r i g g e rr e a c t i o nf o r c et h e o r e t i c a lm o d e lh a v ea s m a l ld i f f e r e n c eu n d e rt h ef o r w a r dl o a dc o n d i t i o n ．I nt h el a t e r a la n db a c k w a r dl i f t i n g c o n d i t i o n s ，t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t so ft h et w om o d e l sa r eq u i t ed i f f e r e n t ． 2 ．H Y P E R M E S Ha n dA B A Q U Sf i n i t ee l e m e n ts o f t w a r ew e r eu s e dt oe s t a b l i s h I I I 万方数据 t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e lo ft h e f i v e - l e gt r u c k - m o u n t e d c r a n e ’Sd i s e m b a r k a t i o n s t r u c t u r e ，a n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t so ft h es u p p o r tr e a c t i o nf o r c ea n dt h el e gl i f t a m o u n tw e r ec o m p a r e dw i t ht h et h e o r e t i c a lm o d e lc a l c u l a t i o nr e s u l t st ov e r i f yt h e a c c u r a c yo ft h et h e o r e t i c a lm o d e l ．T h er e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a tt h et h e o r e t i c a l r e s u l t so ft h eo u t r i g g e rr e a c t i o nf o r c ev a r i a b l es t i f f n e s st h e o r ya n dt h el e gl i f ta m o u n t t h e o r ya r e c o n s i s t e n tw i t ht h ec a l c u l a t i o nr e s u l t so ft h ef i n i t ee l e m e n ts i m u l a t i o n m o d e l ．T h ea v e r a g ee r r o ro ft h es u p p o r tr e a c t i o nf o r c eo ft h ef o r w a r dl o a d ，t h el a t e r a l l o a da n dt h eb a c k w a r dl o a da r er e s p e c t i v e l y2 ．11 ％．0 ．5 9 ％a n d3 ．6 5 ％．T h ea v e r a g e e r r o ro ft h el e gl i t ta m o u n tf o rf o r w a r da n ds i d eh o i s t i n ga r er e s p e c t i v e l y9 ．2 3 ％a n d 1 2 ．8 ％． 3 ．T h ec a l c u l a t i o np r o g r a mo ft h et h e o r e t i c a lm o d e lo ft h eo u t r i g g e rr e a c t i o n f o r c eo ft h et r u c k - m o u n t e dc r a n ea n dt h ea m o u n to fo u t r i g g e rl i f ti sw r i t t e nw i t h M A T L A Bs o f t w a r e ．T r a v e r s et h ev a r i o u s w o r k i n g c o n d i t i o n si nt h e l i f t i n g p e r f o r m a n c et a b l et oo b t a i nt h ec o r r e s p o n d i n gw o r k i n gc o n d i t i o n sw h e nt h er e a c t i o n f o r c ea n dt h ea m o u n to fl e gl i f ta r et h el a r g e s t ．T h el e gl i f tm e t h o dw a su s e dt oc h e c k t h es t a b i l i t yo ft h ec r a n e ，a n dc o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lm o m e n tm e t h o d ，i t v e r i f i e dt h ef e a s i b i l i t yo ft h el e gl i f tm e t h o dt oc h e c kt h es t a b i l i t y ．T h er e s e a r c hr e s u l t s s h o wt h a tt h el e gl i t tm e t h o dc a nb eu s e dt oc h e c kt h es t a b i l i t yo ft h ec r a n e ，a n dt h e i n f l u e n c eo ft h es t i f f n e s so ft h eo u t r i g g e r so nt h es t a b i l i t yi sc o n s i d e r e d ． 4 ．B a s e d0 9t h ev i s u a li n t e r a c t i o nm o d u l eo fM A T L A Bs o f t w a r e ．a h u m a n - m a c h i n ei n t e r a c t i o ni n t e r f a c er e l a t e dt ot h es t a b i l i t ya n a l y s i so ft h ef i v e - l e g t r u c k - m o u n t e dc r a n ei sd e s i g n e d ．T h r o u g ht h i si n t e r f a c e ，t h es u p p o r tr e a c t i o nf o r c e a n dl e gl i f ta m o u n tc a nb eq u i c k l ys o l v e d ，a n dt h eo v e r a l ls t a b i l i t yo ft h ec r a n ec a nb e j u d g e d ． K e yW o r d s T r u c km o u n t e dc r a n e ；F o r c em e t h o d ；L e gl i f tm e t h o d ；S t a b i l i t y ；F i n i t e e l e m e n ts i m u l a t i o n T V 万方数据 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ．．．．．．．⋯⋯⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I I I 第1 章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 课题研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外发展现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 论文的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 第2 章S Q 5 5 0 随车起重机的主要参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 主要机构介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 起重机的主要性能参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．3 主要部件质量及分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 第3 章随车起重机支反力和抬腿量理论研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 3 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 3 ．2 支腿反力的理论模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 3 ．3 支腿反力计算实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 l 3 ．4 支腿抬腿量的理论计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 3 ．5 支腿抬腿量计算实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 第4 章支反力和抬腿量的有限元分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 4 ．1 有限元理论概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 4 ．2H y p e r M e s h 和A b a q u s 软件的介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 4 ．3 五支腿随车起重机下车结构有限元模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 第5 章整机抗倾覆稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 8 5 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 5 ．2M a t l a b 软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 5 ．3 抬腿量法计算稳定性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 5 ．4G B T 3 8 11 - 2 0 0 8 规范计算稳定性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 5 ．5 抬腿量法与力矩法的对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 5 ．6G U I 界面开发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 5 ．7 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 万方数据 第6 章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 攻读学位期间的主要学术成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 学术论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 3 专利⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 致{ 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 4 万方数据 硕士专业学位论文五支腿随车起重机的稳定性研究 第1 章绪论 1 ．1 课题研究意义 林业作为国家经济建设的重要组成部分之一，其整体发展的速度与进程对国 家整体经济形势有一定影响【l 】。林业作为民生和材料不可或缺的部分，合理的利 用和开发林业资源，不仅能保持生态平衡，还能促进各方面协调发展。林业生产 具有大型化、复杂化和精细化等特点，林业机械是推动林业发展必要的工具。整 个林业生产过程由三部分组成，分别是造林、森林经营和森林利用【2 1 。林业机械 主要应用于造林、育林、护林、伐木、起重运输等林业生产环节，包括用于营林、 木材切削和木材起重运输等机械【，】。林业机械化水平的提高，不仅改善了劳动的 条件，更是提高了森林资源的利用率，故树木种植、采伐与运输作业的机械化是 林业产业自动化生产进程的重要标志。下图为几种常用的林业机械。 图1 1 汽车起重机 F i g ．1 ．1T r u c kc r a n e 图1 ．3 林业起重机运输车 F i g ．1 ．3F o r e s t r yc r a n et r a n s p o r t e r 图1 ．2 植树机 F i g ．1 ．2T h ep l a n t i n gm a c h i n e 图1 ．4 联合采伐机 F i g ．1 ．4C o m b i n a t i o nc u t t i n gm a c h i n e 在林业生产过程中，树木的质量较大，无论是在种植还是运输中，对于工人 来说劳动强度较大且存在一定的风斟。】。传统的采伐与种植基本采用人工方式， 劳动人员的安全得不到保障，经常会出现人员伤亡。起重机在林区作业中的使用 万方数据 硕士专业学位论文五支腿随车起重机的稳定性研究 不仅降低了工人的劳作强度还提升了生产效率【5 】，有效地提升了林区作业效率和 安全。但是，起重机在林区作业也带来了一些新的问题起重机在工作过程中会 发生整体倾翻事故，一旦发生倾翻事故，造成的损失不可估量，因此起重机的稳 定性是一个值得探讨的问题。 1 ．2 国内外发展现状 1 ．2 ．1 起重机在林业领域发展现状 随着机械化进程的加快，林业生产也逐渐趋于机械化。起重机作为一种大型 的工程机械，在林业生产中得到广泛应用【6 8 】。在林业生产中最常见的起重机有 两种，分别是桥式起重机和随车起重机。桥式起重机工作地点是固定的，多用于 木材的吊装。而随车起重机具有较好的机动性和运输能力，在林业生产中使用更 加广泛。 在国外，随车起重机在林区作业的使用具有较长的发展历程，主要分为两个 阶段。第一阶段主要用于木材的搬运，美国于1 8 9 2 年研制出第一台集材拖拉机， 并很快在林区作业中得到推广。但由于其对复杂的林区条件适应性不强，逐渐被 替代。随着工业技术的发展，一种效率高、耗油少的轮式集材拖拉机问世，并在 林业得到广泛应用，轮式集材拖拉机的出现推动林业生产进入了机械化运输阶 段。随着交通方式的更新换代，汽车类工具运输成为了运输木材的主流方式。具 有随车液压起重臂的自装集运汽车问世，并逐步演变出具有自装卸功能的随车起 重机。国外用于林区作业的随车起重机分为两种形式，分别是折臂式随车起重机 和直臂式随车起重机。折臂式随车起重机的伸缩臂通过连杆结构折叠在内臂上 方，安装空间较小导致起重力矩和工作幅度受到限制。而直臂式随车起重机，因 其起重力矩和工作幅度较大，更加常用于林区作业【9 l o ] 。目前直臂式随车起重机 的最大起重力矩己达到6 0t ．m ，最大工作幅度为2 2m 。国外生产林区作业随车起 重机的厂商有H I A B 公司下的L O G L I F T 、意大利的H E I L A 、俄罗斯的C M 3 公 司和奥地利的P A L F I N G E 。 我国随车起重机在林区作业的发展与国外具有相同的发展历程。建国初期， 我国林区木材运输的主要工具为拖拉机，此阶段又衍生出多款用于林业集材的集 材机。随着国内随车起重机行业的蓬勃发展，各大厂商意识到随车起重机在林业 生产的使用具有较大发展前景，逐步向林区专用的随车起重机发展，研发出多款 用于林业生产的随车起重机。其中徐工随车起重机有限公司根据林业转运需求， 万方数据 硕士专业学位论文五支腿随车起重机的稳定性研究 研究出灵活性与实用性较好的随车起重机。 当前我国对林业专用的随车起重机的研究仍较为落后，与国外的先进技术存 在一定的差距。因此，还需企业和研发人员共同努力实现技术上的创新。 1 ．2 ．2 支反力计算的研究现状 随车起重机在正常工作时需要伸展支腿，依靠支腿支撑起整个起重机和吊 重。此时支腿受到一个法向的压力，即支反力。支反力的计算对随车起重机的设 计非常重要，工程师可通过支反力来设计车架、支腿油缸和验算车桥强度等。 目前国内外研究的随车起重机主要采用四支腿结构，关于该结构形式的支腿 反力求解已有大量的研究人员进行了探讨。李以申【l l 】分析了传统四支腿结构模 型，将力分配法和力矩分配法计算出的支反力进行对比，得出力矩分配法更切合 起重机的实际情况。荣国瑞[ 1 2 1 采用力学的方法将支腿的刚度考虑到其中得到了支 反力，并采用反向补偿的方法给翘起的支腿一个变形量，解决了支腿起翘后支反 力的计算。房晓文【1 3 l 将车架大梁扭转和支腿变形考虑其中，得出的计算模型能较 好的反映支反力的幅值和变化规律。曹强[ 1 4 1 针对四支腿起重机支反力的计算提出 了质疑，通过理论研究发现原有的计算方法忽略了对称性原理对载荷对称的要 求，由此简化了原有的计算方法使得计算结果更加准确。姜校林【1 5 】巧妙的避开了 变形协调方程，采用平衡力系的方法进行求解，分析了四个支腿受力相较三个支 腿受力的支反力变化。张成、张文学和陈盈【1 8 】提出一种贡献矩的方法，该法可对 四支腿支撑的反力和三支腿支撑的反力进行修正，为工程现场快速确定支腿反力 提供了参考。韩玮、刘志军0 4 1 应用平面法求解刚性支撑面多点支撑反力，并将其 发展到四点支撑以上的情况，计算发现当起重机的支撑点超过四个后，可能会导 致多个支腿起翘，靠编程计算并不能很好的解决这个问题。刘振国[ 1 7 1 基于超静定 结构理论结合程序修正系数为多支腿起重机支反力的求解提供了新的思路。 目前针对起重机支反力的研究大多为四支腿结构，而对于四支腿以上的多支 腿结构支反力的求解研究甚少。因此，研究四支腿以上起重机支反力的求解具有 非常重要的意义。 1 ．2 ．3 起重机稳定性研究现状 起重机的稳定性是指起重机在自重和外载荷的作用下抵抗倾覆的能力。稳定 性是起重机安全运行的前提，也是起重机设计的基本参数之一。 目前常见判断稳定性的依据主要有重心投影法、力矩法、稳定系数法和按临 界倾覆载荷标定额定起重量等【1 9 】。这些方法的判别依据有两种，分别是几何方面 万方数据 硕士专业学位论文 五支腿随车起重机的稳定性研究 和能量变化方面。以上两种方法都是以支撑区域作为核心，支撑区域是各支腿与 地面形成有限支撑时支腿中心连线包裹的区域。在研究随车起重机的稳定性时， 通常将结构假设为刚性。1 9 6 8 年M oG h e e 和F r a n k [ 2 0 l 最先提出了采用重心投影 法来研究起重机的稳定性，其主要依据是各机构质心的投影是否在支腿与地面接 触形成的支撑区域内来判断的。1 9 7 9 年，M c G h e e 和I s w a n d h i [ 2 1 l 提出了静态稳定 边界法，通过定义支撑区域的水平投影区域为支撑边界，从而解决了非平坦区域 稳定性的判断。1 9 8 5 年，M s s u r i [ 2 2 ] 提出了能量稳定边界法，以某一状态下发生倾 翻所需的最小势能为判断依据，该法可以排除地形变化对稳定性判别的影响。姜 校林【2 3 】采用重心轨迹法分析了混凝土泵车稳定性设计中易发生的错误，并进行了 纠正。然而目前在国际上应用较多的为力矩法，通过判断各项载荷对倾覆线的力 矩代数和的正负来确定起重机的稳定性。孙海舰【2 4 】采用力矩法对履带起重机倾覆 稳定性进行了研究，并通过A D A M S 对履带起重机的稳定性进行了仿真验证，得 到了不同工况下稳定性的规律与特性。许磊磊[ 2 5 1 采用力矩法研究了轮式起重机吊 钩自由掉落过程中起重机的稳定性，分析得出自由落钩对履带式起重机稳定性的 影响，为起重机自由落钩控制提供了意见。王富亮[ 2 6 】采用力矩法对折叠式高空作 业车的整车稳定性进行了分析与仿真，分析了转台安装位置、支腿跨距和作业臂 质量对起重机稳定性的影响。石耐2 s 】采用力矩法研究了云梯消防车的抗倾覆稳定 性，并采用A N S Y S 对其典型工况进行了校核；赖贞华【2 9 】基于力矩法研究了车载 系留气球锚泊平台抗倾覆稳定性，为锚泊平台的抗倾翻设计提高了参考。徐照新 1 3 0 ] 基于力矩法的原理，对地铁高空作业车的抗倾覆稳定性进行了校核，并结合实 验结果验证了该法的可行性。高晶[ 3 H 采用力矩法和稳定系数法研究了随车起重机 的抗倾覆稳定性。黄大为【3 2 】采用稳定系数法分析计算了混凝土泵车整机稳定性随 坡度的变化，为泵车稳定性设计提供了量化评估和定性分析。崔金一【3 3 1 基于 M A T L A B 有限元编程，采用稳定系数法为判断依据，对高空作业车的稳定性进 行了分析，全方位了解了整机的性能，对类似产品的稳定性设计有重大指导意义。 贾大伟【3 4 】采用稳定系数法分析了不同类型支腿组合下泵车的整机稳定性，对x ．H 型支腿小型混凝土泵车的设计提供了参考。王友刚【3 5 】采用稳定系数法结合 M A T L A B 绘制出泵车在3 6 0 0 工况下稳定性的变化曲线，对泵车稳定性设计具有 一定的指导意义。由此可看出，力矩法在流动式工程机械抗倾覆稳定性上应用广 泛，为其稳定性的设计提供了参考。 目前针对稳定性的研究大部分基于力矩法的原理，随着仿真软件的发展，有 限元仿真、动力学仿真和数值仿真软件逐渐应用于稳定性的校核。虽然这些方法 万方数据 硕士专业学位论文五支腿随车起重机的稳定性研究 计算的结果较为准确，但是整个分析过程比较繁杂。本文提出的抬腿量法可根据 抬腿量的大小来判断起重机的稳定性，抬腿量的变化是可以直接观察看出，相较 于传统的力矩法和稳定系数法更具有直观性。 1 ．3 论文的主要内容 本文以一款用于林区作业的五支腿随车起重机为研究对象，分析了支反力
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