45m混凝土泵车结构强度研究.pdf

R_ ⅥC M 慧 。 R 。 。 4 5 m混 凝 土 泵 车 结 构 强度 研 究 S t ud y o n S t r uc t ur a l S t r e ng t h o f 45 m Conc r e t e Pum p Tr uc k 王选尚t ， 史春娟 WANG X u a n s h a n g ’ ， S H I Ch u n j u a n 1 ．中铁 二 十 局 集 团 有 限 公 司 ， 陕 西 西 安 7 1 0 0 6 1 2 ．长 安 大 学 道 路 施 工技 术 与 装 备 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 陕 西 西 安 7 1 0 0 6 4 1 ． 2 0 t h Bu r e a u G r o u p Co． L t d． o f Ch i n a Ra i l w a y ， Xi’ a n 71 00 61 ，Sh a a n x i ， Ch i n a 2．Key Labor at or y f or Road Const r uc t i on Tec hnol ogy Equipm ent of M i ni st r y of Educ at i on．Chang’ an Univer sit y Xj ’ an 7 1 0064，Shaanxi ．Chi na 【 摘 要 】 以4 5 m混凝土泵车为研究对象， 利用A N s Ys 有限元软件 ， 采用实体单元与接触单元相结合 的方法模拟各个 臂 架 之 间 的连接 ， 用板 壳单 元和 梁单 元模 拟 泵车 其余 结 构 ， 建 立 了整 车有 限 元模 型 。分析 泵 车在 3 种 典 型工 况 下 的结 构 强度 ， 发 现 混凝 土 泵车 臂架 在 危 险工况 局 部结 构 强度 不能 满 足设 计要 求 ， 通 过计 算 分析 提 出 了结 构补 强 方案 。 改进 后 的结构 实 际使 用情 况 良好 。 【 Ab s t r a c t 】 T a k i n g 4 5 m c o n c r e t e p u mp t r u c k a s r e s e a r c h o b j e c t ，f i n i t e e l e me n t mo d e l o f t h e p u mp t r u c k wa s est abl i s hed w it h A NSYS． The connec t i on bet w een each ar m w as si m ulat ed b y us i ng s ol id el em ent s and c ont ac t elem ent s，w hil e t he r es t par t s w er e si m ulat ed by usi ng s hel l el em ent s and beam elem ent s．The s t r uc t ur a l st r engt h of t he pum p t r u ck w as analyz ed under t hr ee t ypi c al w or ki ng condit i ons． The r esul t s show t ha t w hen t he pum p t r uck i s under t he m ost danger ous condit i on， som e par t st r uc t ur es c an not m eet t he design r equi r em ent ． Som e st r engt heni ng designs w er e pr oposed af t er c al cul at i ng and analyzi ng．Ac t ual us e of t he i m pr oved pum p t r uck w as w or ki ng i n good condit i on． 【 关键词 】 机械工程； 混凝土泵车； 非线性分析； 结构强度 【 K e y wo r d s】me c h a n i c a l e n g i n e e r i n g ； c o n c r e t e p u mp t r u c k ； n o n l i n e a r a n a l y s i s ； s t r u c t u r a l s t r e n g t h 中 图 分 类 号 U4 4 5 ． 3 3 文 献 标 志 码 B 文 章 编 号 1 0 0 0 - 0 3 3 X 2 0 1 2 0 3 - 0 0 8 2 0 3 0 引 言 混凝 土泵 车 由于 机动 灵 活 、 施 工效 率 高 ， 被广 泛 应用 于桥 梁 、 机 场 、 高 层 建筑 等 大 型工 程 施 工 [ 。在 工 作 过程 中 ， 混凝 土 泵车 臂架 姿 态 的复 杂多 变导 致 泵车 工况 复 杂 ， 且 结构 设计 轻 量化 以及机 动 灵活 的设计 要 求使 得泵 车 的 结 构十 分 复杂 ．因此 对混 凝 土泵 车 的结 构强 度研 究 具 有 重 要意 义 。本 文利 用AN S Y S 有 限元 分析软 件 对某 4 5 i n 混 凝 土 泵车 进行 强度 研 究 ．在典 型 工况 下 进行 结构 强 度 分 析 。 找 出 了危 险 工 况及 危 险部位 。 发 现结 构局 部 强度 不 能 满 足设 计 要求 ． 对其 进 行 了结构 补 强 改进 ． 改进 后 的结构 实 际使 用 情况 良好 。本 文 的研 究 方法和 研 究结 果可 为 混 凝 土泵 车 的结 构 设计 提供 参 考 。 8 2 1 混 凝 泵 车 有 限 元 分 析 模 型 某 混凝 土 泵车 为5 节 臂 结构 ， 如 图 1 所 示 。为 了保证计 算 结果 的 可靠 性 ， 将 臂架 部 分和 车体 部 分连 成 一体 ， 使 用 A NS YS 有 限元 分析 软件 进 行整 体 分析 。由于 泵 车结 构 复 杂 ， 泵车 臂架 、 支撑 台 、 回转 台和 支腿 由钢板 焊 接 而成 ． 对 其 采用 空 间板 壳 元进行 分析 。对于 输料 管 、 料管 与臂 架之 间 的连 接 杆 以及 臂架 之 间 的连接 杆 ，采 用 空 间梁 单 元模 拟 ， 这样 不仅 能 够保 证杆 件 承 受拉 压和 扭 转荷 载 ． 而且 可 以保证杆 件承 受弯 曲荷 载 。 对于销 接位 置采用 接触单 元模 拟 ；连 接销采 用 实体 单 元模拟 。有 限元 分析模 型 如 图2 所 示。 共 划分板 壳元8 2 1 7 6 个 ， 梁单 元7 0 4 个 ， 接触 对 的 目标 单 元1 9 2 0 8 个 ， 接触对 的接触 单元7 2 3 5 个 ， 节点 共9 0 3 8 1 个 。 RM CM 蓑 。 ⋯ 。。 泵车 局部 结 构进 行 补 强 通 过 对 不 同补 强方 案 的有 限元 计 算 分析 ， 确 定 最 终 的改 进 方案 如下 对 于 臂 架 1 和 臂架 2， 在 连 接油 缸 处增 加 筋板 ； 在 臂 架3 连 接端 弯 折侧 板 处 内 贴板 条加 强筋 在 前 支腿 前摆 动 结构 与 支撑 台之 间 增加 斜 向加 强板 ， 并 且增 加伸 缩 结构 上 盖板 的厚 度 ； 对 于 后 支 腿 ， 改变板 形状 ， 使 过 渡平 缓 ， 减 少应 力 集 中 ； 支撑 台的应 力最 大 ， 采 用加 强筋 或增 加 板厚 、 改 变结 构来 增 加结 构 强 度 补 强后 的结 构 重新 进行 有 限 元计 算 ． 工 况二 最 大应 力 下 降 为4 5 2 MP a ，相 应 工 况 一 的 最 大应 力也 减 ／ j ＼ 为 4 6 9 MP a 。两 种 工 况 下 大 应 力 处 应 力 云 图 如 图 4、 5 所 示 。该 泵 车结 构 改进 后 实际使 用 情 况 良好 。 3 1 6 E -0 5 ． 1 0 4 E 0 9 2 0 8 E 0 9 3 1 3 E 0 9 ． 4 1 7 E 0 9 5 21 E 0 8 ． 1 5 6 E 0 9 ．2 6 1 E 0 9 ．3 6 5 E 0 9 ． 4 6 9 E 0 9 单位P a 4 结 语 图4工 况 一 应 力 云 图 本 文通 过 对混 凝 土 泵车 的 强度 研 究 ， 得 到 如下 结 论 。 1 对 于 混凝 土 泵 车 整体 结 构 ， 采 用 实体 单 元 与 接 触 单 元相 结合 的方法 来模 拟 各 个臂 架 之间 的连 接 ，用板 5 2 E 一0 5 ． 1 0 0 E 0 9 ． 2 0 1 E 0 9 3 01 E 0 9 4 0 1 E 0 9 ．5 0 2 0 8 ． 1 5 l E 0 9 2 5 1 E 0 9 3 5 l E 0 9 4 5 2 E l_ 0 9 单位P a 图 5工 况 压 力 图 壳单 元和 梁单 元来模 拟泵 车其 余 结构 ，所 建 立 的整 车有 限 元 模 型 与 实 际 更 加 接 近 。 2 选 用3 种 典 型工 况 进行 混 凝 土 泵车 强度 分析 ， 发 现 泵 车臂 架 处于 水平 状态 且 垂直 于 支撑 点 对角 线 时泵 车 受力 情况 最危 险 。 3 通过 对 混 凝 土泵 车局 部 薄 弱部 位 进 行补 强 ， 可 明显 改 善泵 车结 构 的应 力状 况 ，从 而保 证 结构 强度 达 到 设 计 要 求 。 参 考 文献 [ 1 ] 王斌 华， 吕彭民 ， 田润利． 基于整体 建模 的混凝土泵 车结构强度 分析与试验研究_J ] 郑州大学学报 工学版， 2 0 0 9 ， 3 0 6 5 3 5 6 [ 2 ] 王海英 ， 胡新杰． 混凝 土泵车结构应 力场分析与试验研 究口] ． 筑 路 机 械 与 施 工 机 械 化 ， 2 0 0 4 ， 2 1 1 4 5 4 8 [ 3 ] 田润利． 混凝 土泵 车结构 力 学性能研 究 [ D] ． 西安 长安 大学 ， 2 0 0 9 ． 收 稿 日期 2 01 1 -0 5 - 27 [ 责 任 编 辑 王 玉 玲 ] 上 接 第 8 1 页 维模 型 ，并 进 行 装 配 。 将 简 化 后 的齿 轮 装配 模 型 导 入 AN S Y S 中 。 进行 非 线性 接触 有 限 元分 析 ， 得 出输 出齿 轮 传 动过 程 中的最 大齿 根 弯 曲应 力 、最 大 接触 应 力及 在 多 个 啮合 位 置 的应 力 分布 云 图。 其 中轮齿 的接触 应 力较 大 ， 从 而齿 面 易发 生 点蚀 齿 根 弯 曲应 力较 ／ J 、 ， 发 生 断齿 可 能是 非正 常 情况 引 起轮 齿过 载 ， 或热 处理 不 当 ， 使 轮齿 内部 组 织 存在 缺 陷降 低 了承 载 能力 。应 力 分析 结果 为齿 轮 的 寿 命评 估 提供 了 良好 的依 据 。 参 考文 献 [ 1 ]杨汾爱 ， 龙 小乐， 鲍务均． 斜齿轮 的精确建模及有 限元分析 [ J ] ． 机 电 工 程技 术 ， 2 0 0 2 ， 3 1 6 7 1 7 2 ， 8 3 ． [ 2 ]邱 宣怀 ， 郭可谦 ， 吴宗泽 ， 等． 机械设计 [ M] ． 第四版 北京 高等教 育 出版 社 ， i 9 9 7 ． [ 3 ]李 康， 李万莉P r o ／ E g J 建渐开线斜齿轮方法之精度比较[ j ] ． 机 械设计与制造 ， 2 0 0 8 2 8 0 8 2 ． 【 4 ] Da v i d S ． Ke l l e y ． P r o ／ E NG I NE E R W i l d fi r e 械设 计教程 [ M] ． 孙 江宏 ， 译． 北京 清华大学 出版社， 2 0 0 5 ． [ 5 ] 王哲 ， 胡迎锋 齿轮 建模与接触应 力分析 [ J ] ． 湖北工业大 学学 报 ， 2 0 0 6 ， 2 1 3 5 6 5 9 ． [ 6 ] 李卫 民， 杨红义， 王宏祥 ， 等．ANS YS - r - 程结构 实用案例分析[ M] ． 北京 化 学工业出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 7 ] 陈赛克， 王毅． 基 于精确模型 的齿轮接 触疲劳寿命 有限元分析 [J ] ． 机械传动 ， 2 0 0 7 ， 3 1 2 8 1 8 2 ． 收 稿 日期 2 01 1 - 08 -0 9 [ 责 任 编 辑 谭 忠 华 ]