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云梯消防车梯架结构有限元分析

更新时间:2019-10-06 01:25  

  维普资讯 云 梯 消 防 车 梯 架 结 构 有 限 元 分 析 F n t e e t i ieElm n a y if a d rsr c u eo c l gl d e m p r An l sso d e u t r f a i d r l t S n a Pu e ●湘潭大 学机 械工程 学 院 摘 唐 山青 /AN h n ig T G S aqn 要: 在三维实体造 型软件PoE中创建云梯消 防车梯架三维模型, r— 通过接 口软件导人到有限元软件 A Y r— NS SWok bn h e c 中对其进行有 限元分析 , 并与实验所测应力分布情况相 比较 , 确认 两者 得到的应力情况是否一致 , 从而确定云梯 工作过程 中的危险截面 以及 危险截面 的安全系数 ,为梯架结构设计 与改进提供依据 。 关键词 : 梯架 应力 A Y rbn h 安全系数 NS SWok ec 云梯 消 防车 是进 行灭 火救 援 的 主要 消 防装备 ,其 触位 置 为横 截 面 突变位 置 ,因此水 平 尾伸 工 况是梯 架 梯 架机 构 的可 靠性 ,直 接 影 响灭 火救 援 的开 展 。 目前 工 作 时最 危 险 的工况 。 我 国 国产 消 防车 主要 以 中底端 产 品为 主 ,中高 端产 品 的特种 车如 云梯 消 防车等 仅 占 1 % ,因此对 消 防 云梯 0 车 梯架 结构 进行 研究 具 有一 定 的意义 。 1 有 限元模型的建立 根 据 云梯 消 防车 梯 架 的结构 特点 ,可 以选 用梁单 本 文研 究 的 目的是 对 云梯 梯 架利 用有 限 元仿 真方 元 或 实 体 单 元 进 行 分 析 。 一 种 方 法 是 在 有 限元 软 件 法 和静 力学 结 构实验 方 法 进行分 析 ,对 两 者 的应 力分 A YS中先 根据设 计 图纸 提取 中线 ,建 立 云梯 臂架 的 NS 布情 况进 行 比较 ,确 认 两者 得 到 的结果 是 否一 致 ,从 线 模 型 ,再 对 线模 型 赋 予横 截面 ,各 节 臂架 相互 连接 而确 定 云梯 工 作过程 中的 危险 截面 以及危 险 截面 的安 处 可 以通 过定 义 接 触 面节 点 自 由度耦 合 的 方 式模 拟 , 全 系数 ,为 结构设 计 与改 进提 供 依据 。 采 用梁 单 元进 行 网格划 分 ,对 其 不 同工况 约 束加 载后 根据 某 公 司提供 的 相 关 图纸 及 有 关技 术资 料 ,本 进行 相关计算 。或者是 通过在三 维造型软 件 PoE中建 r— 文 以该 公 司生产 的 3 m 云梯 消 防车 进行分 析研 究 ,该 立实体模 型 ,倒入到有 限元软件 A Y rbn h中 0 NS SWok e c 消 防车 云梯 梯 架结 构 形式 为 U 型横 截面 桁架 式 4节伸 对 不 同工况 约 束加 载后 进 行分 析 。梁 单元 模型 的优 点 缩梯 架 ,顶 端带 工作 斗 ,尾 端通 过 回转 支 承安 装在 消 是建 模 工作 量 相对 较少 ,但应 力 的计 算结 果 比板单 元 防车底盘 上 ,额定 载荷为 4 0 g 5 k ,变幅 仰角范 围 一2 的精 度差 ,连接 的处理 需要 大量 的经验 和 试验数 据 参 1~ 7 度 ,选 用的钢 材型号 为进 口材 料 7 5 0钢 。其 结构 简 图 考 。板 单元 模型 精度 相 对较 好 一些 。体 单 元建模 时 非 如 图 1 。 云梯 消 防车实 际 工作 时其 作业 工 况为 上 部 的云梯 常 直 观 ,精 度 比梁单 元和 板单 元都 要高 。 本文采用 A S rb n h 行有 限元分析 ,首 N YSWok ec 进 梯架 在水平面 内 3 0 6 度全转 ,各节梯架 通过滑 轮组 、钢 先 在 PoE软 件 中建立 云梯结构模 型。在建模 过程 中遵 r— 丝绳 的牵 引 同时在梯 架 轴 向方 向伸 缩 。综 合 整个 消 防 循 以下原 则 :①模 型 能全 面 ,准 确反 映梯 架 在工 作状 云 梯车 的工 况 ,通 过受 力 分析 与计 算 ,当臂 架全 部展 态 下 的变 形 和应力 特 点 ;②云梯 梯架 模型 应 与实 际形 开 ,变 幅油 缸 收缩使 云梯梯 架 全部 水平 展 开 时 ,臂架 状保持 几何 的相 同 ,影响不大 的局部结构 ,适 当简化 ; 对 回转 支承 铰点 弯矩 最 大 , 即第一 节臂 支座铰 点受 力 ③模 型 受力 应 与梯 架 在工 作时 外 载荷 作用 相 同 ;④梯 最大 ,同时 各节 臂接 触 位置 承 受 的弯矩 也 最大 ,其 相 架 的边 界约 束条 件应 与 实 际工作 时保 持一 致 。 应 的拉应 力 与压 应力 在此 位置 时也最 大 ,并且 臂架 接 根据 上 述原 则 ,在 建模 时做 了 以下几点 处理 :① 图 1云梯梯架结构简 图 2 8 08建设机械技术与管理 87 00 . 维普资讯 每节 梯 架模 型尺 寸 与装配 位置 与实 际 尺寸 位 置相 同 , 加载荷 。消 防车云梯工 作时 主要 承受风载引起 的力 F , 1 2 为避 免 出现 单元奇 异 ,建模过 程 中忽略小 于 1 mm 的 梯架 不变重量 载荷 引起的 力 F ,救援 斗重量载荷 引起 O 圆角 ,将 其改 为直角 ,忽 略焊接 工艺 边 ;②对 形状 不 的力 F ,工作载荷 引起的力 F 。工作载荷被假 定集中 3 4 规则 相对 整个梯 架质量 又很小 的结构 ,如 滑轮座 ,滑 作用于救 援斗底部 中心 的区域 上 。对于风力 的计算 , 参 S 40 91 轮等 ,不利于 网格划 分 ,可 以不考 虑 ,但赋予 模型 密 照 IO 3 2:18 ,可使用下 面的公 式进 行计算 : 度时 ,为保证 各节 臂架 质心质 量 不变 ,增大 密度 ,通 过如 下公式 :赋值 密度 =钢 材密度 × ( 架质量 ÷简 梯 个变幅油缸 支撑在转 台上 ,臂架底架 和转 台刚度 很大 , 则认 为在 底部 能承受 弯矩 ,假定 它们 是 固接 支座 ;④ 工 作斗要 求始 终垂直地 面 ,可 以将 其简 化为一 加在 梯 F= A lq () 1 式中 q是碰撞压力 1O / ,相应风速为 l.m s O N m2 25 /, 。 化后梯架 质量 ) ;③云梯梯架 展开工 作时 ,梯 架通过两 A是 云梯 的迎 风 外表面积 。 4 静态工况的计 算 理论 上 云梯 消防车 上作 时梯 架受 力最 不利 工况 下 架顶 端 的集 中力和 弯矩 。⑤ 四节梯 架接触 区域 通过 手 可靠 ,则云梯 消防车在其他 工况下梯架可靠性 更高 ,因 此 本文 主要 对其 最不 利工 况下进 行计 算 。但为 了便于 动 定义 1 2对接 触对进 行模 拟 。 与更 多的 实验数 据相 比较 ,验 证有 限元分 析结 果 的正 2 网格划分 确 性 ,在静 力状 态 下根据 国 家标 准和欧 美标 准规 定结 本文对消 防车 云梯梯架 采用 1 0节点 的四面体单 元 构静 力情 况 下的应 力 测试 的最大 载荷 应为 工作额 定 载 . 立力 和2 O节点 的六 面体 单元 S I OL D17及 S I 6 8 OL D1 划分 荷 的 1 5倍 要 求 ,云 梯 梯 架 的 最 大 J 测试 载荷 为 8 5 实体 .S I OL D17单元和 S I 6 元每 个节点有 3 4 0 g1 = 7 k ,因此在进 行静态结 构分析 时 ,按空 8 OLD1 单 8 5 k. 65 g 5k ,最大 载荷 6 5 g三种情况进行 加 7k 个平移 自由度 ,具有任意 的空问各 向异性 ,支持 塑性 , 载 ,额定载荷 4 0 g 蠕变 ,应力刚化 ,可 以更好 的模 拟不同的 C D C M 系 载求解 。通 过 计算 ,得 到其应 力 云 图 ,去 除 由于 应力 A /A 统建立 的模型 。 集 中造 成的 Ma ,应力 较大位置 主要 出现在第 一节 x点 云梯 消 防车梯 架 的几何 模型进 行 网格划 分 时 ,对 梯架 支撑 架前 部上 弦管 处 以及 每 两节 臂架之 间 的联接 适 合扫描 划分 的体 采用扫描 划 分 ,对 形状 复杂 的通 过 的 截 面 处 , 由于 受 篇 幅 限 制 ,这 里 只 贴 出最 大 载荷 7 k 加载 的应力 云图及 6 5 g 7 k 加载第 一节梯 、第二节 控 制单元 尺寸进 行划 分 。 由于模 型 的长 度尺寸 远大 于 6 5 g 另外 2 的尺寸 ,很多部位必须手 动控制 ,通 过控制单 边 元 尺寸进 行网格 划分 ,得 到合适的 网格 。如 图 2 所示 网 恪 划分得 2 2 4 5 6 8个节 点和 l 1 7 0 9 8个单元 . 图 3 6 5 斤加载第一节梯应力云图 7公 图 2 网格化有限元模型 ( 局部 ) 3 载荷 的施加 根据 N P 美 国国家防火协 会1 10 标准第 2 F A( ≠9 1 } 0章 云梯设备 中对云梯设计 的载荷要求及 P E 0 3 R N1 4 组合 4 运动 云梯 车安全和性能要 求及测试方法 ( 欧洲标 准)施 88 C T 2 0 0 M M 0 8. 8 图 4 7k 加载第二节梯应力云图 6 5g 维普资讯 的静力学结 构实验结果 ,确认 两者所得 应力 分布情况是否一 致 ,竞彩篮球从而确定 云梯 工作过程 中 的危 险截 面以及危险截面 的安 全系数 。为了验证实验结果与 有 限元分 析 结果 的是 否一 致 , 对消 防车 云梯梯 架贴片进行静 应力测试 ,按三 种加载情况进 行数据采集 ,其主要布点位置 图 5 6 5g 载应力云 图 7k 加 A ( 6 图 )以及点位 测试结果与分 析数据对 比 ( 1 表 )所示 : 通 过 上表 可 以看 出 ,有 限 元 分 析 所 得 应 力 值 与 实验 所测得数值 相差很小 ,基本在 A 1 %范 围 内,从 而说 明有 限元 0 分析所得 计算值是准确 的 ,在 有限元模 型建立 时 ,对模型 的 I B 精简是恰 当的 ,约束和载荷 的 施 加与实 际工作 时相一 致 。由 陶 图 6 主要点位布点位置 以上 分 析 可 知 云 梯 梯 架 危 险 截面为 图 5 所标 应力值 对应 的 横 截面 ,比较材料 的屈 服极 限 与危险截 面的最大 应力 值 ,可 得到 整 个云梯 臂 架危 险截 面 的安 全 系数 约为 2 1 .。 梯 架 应力 云 图 ( 部 ) 局 。 5 实验数据与计算数据 比较 本文的研究 目的是通 过 比较有限元分析结果 与云梯 表 1 主要点位实验数据与计算 数据 比较 r 单位 :MP ) a — — 6 总 结 通 过对 云梯 消 防车 云 梯梯 架结 构 的三 维 有限元 分 — ~ — ~ 加载工 况 — 点位 分布 —— —~ —~ 1 2 3 4 5 6 7 第 一 次 测 试 数 据 空 载 第 ■ 次 测 试 数 据 有 限 元 计 算 数 据 数 据 比 较 百 分 比 4 Og 5k 加 载 2. 1 4 3 21 3 2 44 0 .6 4 % 2 O7 O . 1 94 . 9 1 8 6 .9 8 6 % 一1 1 7 — 1 . 1 63 1 66 2 . 8 % 1 63 . 3 1 55 . 3 1 2 1 4 .5 49 % .0 一 1 . 1 63 1 68 1 . 1 14 O . 1 % 3 7 . 56 7 . 64 7 .4 32 4 1 % .O 一 13 8 8 . 24 8 O 2 8 % _6 第 一 次 测 试 数 据 第 二 次 测 试 数 据 有 限 元 计 算 数 据 数 据 比 较 百 分 比 2 84 6 . 2 99 6 . 2 19 6 .6 2 9 % .4 2 51 8. 2 62 8 . 2 78 6 .7 64 O .a % 一6 2O 2 . 612 2 76 3 .8 9 % 21 2 2 23 2 . 2 7O1 2. 26 % .5 一7 3 l _ 8 — 8 . 1 84 16 6 1 _O 18 % 1 83 . 3 1 03 4. 101 4. 13 % _O 一2 1 5 —2 1 5 1O 5 19 % .0 第 一 次 测 试 数 据 6 5g 7 k 加 载 第 二 次 测 试 数 据 有 限 元计 算 数 据 数 据 比 较 百 分 比 3 O9 O . 3 17 O. 2 19 9 .1 32 % .O 3 45 3 . 3 53 3 . 3 87 O .4 77 % .0 一 O . 3 32 —O . 3 25 2 12 8 .9 7 % 2 13 7 . 2 15 7 . 2 3 1 7 .6 1 % 一 2 . 2 57 —2 . 2 49 121 . 9 1 % 4 1 72 . 7 1 68 . 7 131 . 7 2 3 % .O 一1 1 9 —2 1 9 18 8 19 % .0 附 :表中测试值是使用 应变 片测得 的单向应力 ,因此有 负值 ,而有限元计算为 Mi s 成应力。 s 合 e 2 8 o8建 设机 械技 术 与管 理 89 oo . 维普资讯 摊铺机熨平板仰角的形成及仰角组件的受力分析 Fo m i ga a ay i f v rS r e e a i n r n ndl d An l ss e c e dElv to o o Pa ■陕西 中大机 械集 团 摘 于 槐三 / asn YU Hu i a 要 本文对飘浮在 物料流上 的熨平装置及仰角组件进行受 力分析 , 研究熨平板仰角的形成过程 及影响 因素 , 得 出挡料斜板倾角2 。 0 5 ~3 。、振捣头倒角 2 。 5 、仰角在 1 。 。是适宜 的应用参数。这 个研究结果为正确设计 O ~2 。 . ~4 5 摊铺机和合理使用摊铺机提供 了理论依据。 关键词 :摊铺机 熨平板 仰角 仰角组件 摊铺 机摊铺 作 时熨平板底板 与基 层地面 的夹角 , 摊铺速 度 、物 料种类 、物 料温度等 等相 同时) ,摊铺厚 称为熨 平板工 作角或熨平板仰角 ,简称仰 角。无论在牵 度不 同,仰角 的差异很小 。通常在作摊铺机浮动摊铺工 引臂 与卞机 的连接尺寸设计 、熨平 装置 的机械调厚机构 作原理分析时 ,认为摊铺作业条件相 同时仰角不随摊铺 设计及熨平装置的护板设计 中,还是在确定摊铺机最大 厚度 的改变而变化I。本文着重讲述 摊铺机熨平板仰 角 L l 摊铺厚 度 、确 定大 臂前铰 点位 置及确 定调 平油 缸行 程 的形成及仰角组件 的受力分析 ,以达 到正确设计摊铺机 时 ,仰角的大小都是重要的设计依据 。摊铺机出厂前需 和合 理使用摊铺 机 的 目的 。 调整出厂仰角 ;摊铺 作业前需调整初始仰角 ;摊铺作 业 中改变摊铺厚度需调 整仰角 ;自动涮平装置控 制的是仰 角 ;发动机转速控 制、摊铺 速度恒 速控 制、均匀输料控 l 仰角 的形成 摊铺 机摊 铺 作业 时 ,熨平 装置 是处在 动 力平衡 浮 制 、振捣频率 比例控 制等等 ,控制的也都是仰角。仰角 动状 态下工 作的 ,如 图 1 所示。主机 行驶在基层上 ,通 还 是阐述摊铺机 浮动摊铺工 作原理 的重要 因素 。 因此 , 过大 臂 的前铰 点拖拽 着 熨平装 置一 起运 行 ,熨平 装置 仰 角对于摊铺机设计和摊铺机使用 至关重要 。如果设计‘ 飘 浮在 物料 流上 。此 时 ,熨平 装置 受到 主机 的牵 引力 的正确 ,使用的合理 ,摊铺的路面就平整。每一种型号 F 自身的重 力 G、物料 的移动 阻力 Y、物料 的唪 擦阻 、 的摊铺机 ,在 不同的摊铺作业条件下 ,都对应着各种不 力 T、物料 的支承反力 N、螺旋输料器 的 回转力 X、振 同的仰角 。在_ 同的摊铺 作业条件 下 ( 卡 甘 即发动 机转速 、 捣器 及振 动器 的夯 击反 力 Q这 些力 的作用 ,处 于动力 析 即与实验数据 的 比较 , 町以得 出 以下结论 : 仃 限几模型 的建立 是科学 的 ,计算结 果是 可靠 的 ; 承载能力评估时要作为检测的重点。本 文的分析结果可 ( )通过 与们点 位置 测试数 据相 比较 ,可 以认 为 为 云梯 梯架 的结 构改 进和优化提 供参 考依据 。 1 ( )从 云梯梯 架结 构的有 限元 分析结 果看 ,其 材 2 系数约 为 2 1 .,第 三节 臂和第 四节 臂连接 处危险截面 的 建议将第 四节梯 架上弦管 、下弦管材料改 为 2 Mn , 0 2 其 危险截面安 全系数接近 30 . ,满足工作 强度要 求 ; 大 区域 出现的位置与实际情 况及测试 数据相符合 , 因此 第一节梯架 支撑架前部上弦管处 以及每两节 臂架之 间的 联 接的截面 处应作为臂架结构的关键部位在对 臂架进 行 9 c『^ 2 0 0 0 ^ mI 0 8. 8 参考 文献 料 特性满 足上 作强度 要 求 ,整 个梯 架危 险截 而的 安全 I龚 曙 光 . S 基 础 应 用 及 范 例 解 析 [ . 京 . 械 工 业 . AN YS M1北 机 出皈社. 0 3 2 0 基 FAN YS 武汉理 安 全系数接 近 4 1 . ,从提 高 经济 效益降 低成 本的 角度 , 2 胡伟. = S 的 甲板起重机 丰结 构有 限元 分析. . 工大学学报.07 2 20 . 0 3 张建 辉 . 6 t 路 起 重机 转 台有 限 元 分 忻 .[ 机 械 . 0 6 6 . 10铁 :程 20 . 0 ( )根据有限元分析结 果的应 力分布情 况 ,应 力较 4 罗清雨 . 3 . 可伸缩变幅带式输送机伸缩臂结 卡强度有限元设计 匀 研 究. 南京理工大学 优秀硕士学位论文. 0 51 2 0 .1 收稿 日期 2 0 0 8—0 6—2 8 通讯地址 长 沙 市 银 盆 南 路 36] 号

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