汽車起重機吊臂設計非線性計算

1．幾何建模

為了實現吊臂計算程序化、通用化，需要將吊臂幾何形狀、物理狀態等參數化，這主要包括以下3部分：⑴吊臂截面幾何形狀，通過角度、邊長等尺寸進行確定；⑵確定各節臂質量、長度以及重心位置；⑶確定性能參數，包括單繩起升速度、起升滑輪組倍率等。

2．非線性迭代計算流程

以柳工QY70型汽車起重機吊臂為例進行計算。該起重機主起重臂由基本臂和4個伸縮臂組成，伸縮方式為順序加同步伸縮方式。

先對吊臂進行受力分析水泥生產工藝流程烘干設備。在變幅平面內，吊臂所受載荷有：⑴吊重；⑵臂架自重；⑶起升機構鋼絲繩拉力。計算吊臂上各危險截面彎矩時，要加上各力在軸向上的分力與軸向力臂的乘積。

在回轉平面內進行受力分析。吊臂所受載荷有：⑴吊重偏擺載荷；⑵風載；⑶臂架自重；⑷起升機構。同樣，計算吊臂各危險截面彎矩時也需要考慮上述載荷的軸向分力引起的彎矩。

迭代過程假設吊臂仰角不變，通過臂端撓度的變化來進行反饋。

通過賦初值，先計算各危險截面處彎矩和橫向力，然后通過材料力學求撓度和轉角公式，求各節臂的撓度和轉角，通過累加，由此可求出吊臂總的撓度。將此撓度和初始撓度比較，如果滿足設定條件，則輸出各截面的彎矩、橫向力和軸向力，如果不滿足，則將此撓度賦給上一次的撓度，并返回重新計算彎矩、橫向力，并求出新的總撓度。以此循環，直至前后兩次循環得出的撓度滿足我們設定的條件，則認為吊臂已經平衡，所得出的值為在吊臂變形平衡后的值。回轉平面計算思路與變幅平面相同。

在循環過程中，是以總撓度的變化作為判定條件的，而總撓度是通過求各節臂的撓度和轉角來求得的，撓度和轉角的計算公式通過實際模型用材料力學公式推導求得。

3．進行強度、局部穩定性校核

用非線性迭代方法求得了各危險截面的彎矩、橫向力和軸向力，由此則可以求出吊臂截面上各點的應力值。嚴格按照起重機設計規范GB/T3811的有關內容，進行吊臂局部穩定性和強度的計算，并用各自的許用應力進行校核。