1、伸縮臂叉裝車總體結構設計伸縮臂叉裝車總體結構設計 摘要摘要：伸縮臂叉裝車已成為高空作業設備的重要門類，是廣泛應用于建筑工地、工礦企 業倉庫和其他工地上起升、運輸、堆放磚頭、木材、鋼材和其他物料的一種起重運輸設 備，隨著經濟建設的發展，對其需求越來越大，對其性能的要求也越來越高。本文主要 任務是完成對 伸縮臂叉裝車的總體計算、整體布局、臂架結構設計及其有限元分析。 本文主要內容： 介紹伸縮臂叉裝車的用途、國內外伸縮臂叉裝車發展狀況的比較、及其發展前景。 同時對臂架的結構和工作原理做了簡要介紹。 完成對關鍵鉸點的布置，作業高度、作業幅度的計算，及整機穩定性的校核計算。 并繪制出整機總體布局圖。 臂

2、架的結構設計，臂架的強度、剛度和穩定性計算，并用 ansys 軟件進行臂架有限 元分析。同時完成臂架系統裝配圖，一節臂、二節臂的裝配圖和相關零部件的工程圖。 設計過程采用 pro/e 軟件進行三維實體建模，并進行裝配，最后應用其工程圖模塊 轉化為二維工程圖。 本次設計的 伸縮臂叉裝車參考了 jcb 公司的 jcb530 型號伸縮臂叉裝車的外形尺寸， 并且嚴格按照起重機金屬結構、bs_en_1459-1999和機械設計手冊等相關設計 規范進行設計，其性能和質量滿足相關要求。 關鍵詞：關鍵詞：伸縮臂叉裝車；穩定性；臂架；有限元分析伸縮臂叉裝車；穩定性；臂架；有限元分析 the frame stru

3、cture design of telehandler abstract： telehandler is a kind of hoisting equipment which is widely used in building site、storage and other place to lift、transport、stack the tile 、wood 、steel products and other materiel . along with the development of economic in our country, the requirement of crawle

4、r crane is larger and larger, and the request of the capability is higher and higher.the mission of this paper is to complete the frame structure design of telehandler、the design of boom structure and the finite analysis of boom. the primary contents in this paper can be concluded as follows: the us

5、e of the telehandler、the telehandlers development comparison domestic with abroad、and the development trend of the telehandler are introduced.at the same time,the paper introduces the structure of boom and how boom works, and gives the principle of how to choose the boom. the pivot points arrangment

6、 , the calculation of lift height and forward reach, and the calculation of the stability are completed.the integral layout drawing is provided. the structure design of the boom, the calculation of the strength and stability of the boom system are accomplished and the finite analys of boom is achiev

7、ed by ansys software. while at the same time planar engineering drawing must be done, such as the assembling of the boom system, the boom one the boom two and the related parts. i use the pro-e software to design the 3d entity, and make dummy assembly. and then, the 3d entity is transformed to the p

8、lanar engineering drawing with the pro/e planar engineering drawing module. in the design process, i refer to the jcb530 telehandler of jcb, and accord to thecrane metal stuctrure、bs_en_1459-1999and themachine design handbookstrictly. its capability and quality meet the requirement. key words：teleha

9、ndler；stability；boom；the finite element analysis 目 錄 摘要摘要.i abstract .ii 緒論緒論 .1 1 伸縮臂叉裝車概述 .1 1.1 伸縮臂叉裝車簡介 .1 1.2 國外伸縮臂叉裝車發展狀況 .1 1.3 國內伸縮臂叉裝車發展狀況 .2 1.4 國內伸縮臂叉裝車的前景及發展趨勢 .2 1.5 國內、外相關標準 .3 第一章第一章 畢業設計任務書畢業設計任務書 .4 1 題目來源：實際應用 .4 2 設計要求和設計參數 .4 2.1 設計要求：.4 2.2 設計參數：.4 3 個人重點工作 .5 4 各階段時間安排 .5 5 應閱讀

10、的資料及主要參考文獻目錄 .5 第二章第二章 畢業設計計算說明書畢業設計計算說明書 .5 1 設計參數及整機尺寸 .5 1.1 設計參數 .6 1.2 整機尺寸 .6 2 重要鉸點布置及其計算 .7 3 作業高度h計算 .8 4 幅度 r 計算 .9 5 整機穩定性計算 .9 5.1 整體穩定性計算工況和載荷 .9 5.2 整體穩定性結果匯總 .11 6 臂架結構設計及其計算 .12 6.1 臂架結構設計 .12 6.2 臂架理論計算 .13 6.2.1 臂架全伸，仰角時剛度、強度計算 .1362 6.2.2 臂架全伸，仰角 0 度時剛度、強度、穩定性計算 .25 6.3 各臂節支反力計算 .

11、27 6.3.1 對臂架整體受力分析 .27 6.3.2 伸臂時各臂節支反力計算 .29 6.3.3 縮臂時各臂節支反力及縮臂鏈拉力 .30 第三章：標準化審驗報告第三章：標準化審驗報告 .31 1 技術分析.31 2 結 論.32 參參 考考 文文 獻獻 .33 致致 謝謝 .34 緒論緒論 1 伸縮臂叉裝車概述 1.1 伸縮臂叉裝車簡介 在高空作業類小型機械中，主要有高空作業平臺、伸縮臂叉裝車等種類。 伸縮臂叉裝車按結構型式主要分為回轉式和非回轉式，本文主要闡述非回轉式伸縮 臂叉裝車。非回轉式伸縮臂叉裝車的結構分為上車和下車。上車主要包括臂架、連接裝 置、調平裝置、附屬裝置等。下車主要包括

12、駕駛室、底盤、發動機等。傳統叉車的起升 部分是立式門架，貨叉主要沿垂直方向完成叉裝、起升作業。起升高度受門架高度限制， 主要用于貨物裝卸與轉運作業。伸縮臂叉裝車在叉裝與起升作業方面與傳統叉車相類似， 其與傳統叉車的不同之處是具有伸縮臂，伸縮臂和駕駛室置于兩側；伸縮臂可使貨叉在 水平方向前后伸縮、上下運動；臂架頭部可配置多種附屬裝置，完成多種作業。伸縮臂 叉裝車主要功能有叉裝運輸、挖掘、抓鏟、起升吊裝、工作平臺、清掃作業等。 伸縮臂叉裝車具有獨特的優點，主要用在建筑工地、工礦企業倉庫和其他工地上起 升、運輸、堆放磚頭、木材、鋼材和其他物料。伸縮臂叉裝車能夠利用多種附屬裝置， 有效完成多種不同作業

13、，真正成為多功能工程機械。伸縮臂叉裝車的特點有1： （1）靈活性 伸縮臂叉裝車采用四輪驅動型式，有三種轉向模式（前輪轉向、四輪轉向、斜行行 走），雙速齒輪變速箱，轉彎半徑小，能在狹小的空間靈活、快速、準確作業。 （2）多用性 伸縮臂叉裝車用途廣泛，可長時間連續作業。有一系列可快速更換的附屬裝置供選 擇，包括貨叉、鏟斗、桁架臂、立式門架等。無需購買其他機型，只需在機器上增加幾 個可用附件，就可以提升叉裝車的生產能力、靈活性及工作效率。 （3）穩定性及安全性 伸縮臂叉裝車軸距長、重心低、車架前部可安裝穩定支腿且臂架具有伸出、降低自 動鎖定功能、發動機置于車架縱向中心，使其在山坡和崎嶇地帶可以保持穩

14、定；重量分 布均勻，四輪驅動，改善了在泥濘地、巖石地帶、沙土及雪地上的機動性；視野開闊并。 1.2 國外伸縮臂叉裝車發展狀況 國外伸縮臂叉裝車增長速度非常快，僅在美國，伸縮臂叉裝車市場每年增長 25。 在歐洲市場，伸縮臂叉裝車繼 2004 年需求市場再一次發展良好之后，2005 年的銷售量也 顯著提高，達到每年 2.1 萬臺，市場曾經預測其銷售量只能達到每年 2.1 萬臺，但 2006 年銷售量劇增 14%，市場的需求量超過 2.6 萬臺。來自租賃公司特別是英國和法國租賃公 司的巨大需求將使該產品有良好的市場前景。預計未來 5 年的銷售量每年有可能穩定在 2.3 萬2.4 萬臺的水平。 國外主

15、要生產商絕大部分集中在歐美，如美國的 jlg、genie、terex、case、upright、bobcat，英國的 jcb，法國的 haulotte、manitou， 意大利的 faresin、new holland，德國的 merlo，加拿大的 carelift 等生產廠家。 美國 jlg 有限公司成立于 1969 年，是全球最大的高空作業設備專業生產廠家。其生 產工廠分布在美國和比利時。jlg 伸縮臂叉裝機的主要對象不是建筑工程，而是類似化工 廠的工廠以及工廠倉庫等2。 2005 年 jlg 與 caterpillart(卡特彼勒)簽訂協議，合作生產伸縮臂叉裝車，并于 2007 年推出了

16、 th360b 系列伸縮臂叉裝車，該系列產品起重量 3.5t5t，起升高度 6.1m 17m3。 jlg 伸縮臂叉裝車家族中分四大類：skytrack、gradall、lall、jlg。 意大利制造商faresin集團下屬7個子公司，職能包括設計、生產、銷售等行業。其中， faresin handles spa是于2006年6月faresin收購pingvel haulotte后組成的新公司，主要生產 伸縮臂叉裝車4。 法國 manitou 公司產品遍布 20 個國家，有 500 個銷售網點和 23 家子公司。其生產基 地分別位于法國、意大利、中國、美國。其產品品牌系列化，如伸縮臂叉裝車品牌為

17、 maniscopic 、車載式叉裝車 manitransi。法國的 manitou 伸縮臂叉裝車系列分為 5 大系列： bt 系列、mt 系列、mrt 系列、mht 系列、mlt-mla 系列5。 1.3 國內伸縮臂叉裝車發展狀況 中國伸縮臂叉裝車制造史要追溯到 1989 年，是由廈門嘉豐機械廠與同濟大學聯合設 計生產出第一臺伸縮臂叉裝車6。中國的伸縮臂叉裝車起步晚，但是經過這幾年的發展， 其技術已經有了長足的進步。國內不少于 8 家公司已經制造出伸縮臂叉裝車或者正在進 入該行業7。在 2007 年 conexpo 亞洲工程機械博覽會上，中國湖南山河智能公司更是 展示出高技術的三節臂的伸縮臂

18、叉裝車，代表了國內的先進水平。現在主要的生產廠家 有湖南的山河智能、山東濱州勝利特種叉車廠、廈門的夏嘉、夏虎和三家樂等公司。 1.4 國內伸縮臂叉裝車的前景及發展趨勢 隨著國內物流、安裝等行業順應國際潮流而快速發展，市場上對高舉升、大卸距裝 載機械的需求日趨迫切。由于伸縮臂叉裝車具有超常的大作業范圍、優越的平動升降、 大行程的伸展功能以及獨特的小凈空結構，其應用范圍主要有： (1)物流行業貨物流通過程中的倉儲、裝卸、搬運環節； (2)工業垃圾收集、儲運及預處理行業； (3)農村對農作物的晾曬、收集、包裝、儲運及處理作業； (4)農村小型土、石方工程； (5)露天工程、設施的設備安裝作業； (6

19、)道路、市政工程、郵電及電力設施的設備安裝作業； (7)石材流通領域中石板材、石雕產品貨柜的裝卸； (8)工廠企業中的物資裝卸及設備維護； (9)船艙物資的裝卸作業； (10)園林企業的樹木維護； (11)低層建筑的物料搬運。 國內不同行業對伸縮臂叉裝車的使用要求也不同，具體為： (1)國內存在大量的小型煤炭、砂石料、飼料等散狀物料儲運相關企業，大都采用中 小型裝載機進行物料的搬運和堆積。 (2)隨著鐵路高幫敞車和公路高幫貨車及廂式貨車的普及使用，目前常規裝載機與叉 車的作業范圍與實際作業需求不相適應。 (3)對于一些常見的非常規的特殊裝卸、搬運作業，如在非固定場所進行以下各種散 裝作業：敞開

20、或盛裝液體容器等不可傾斜物料的裝卸、“隔墻”裝卸、越溝作業、“腹 下”小凈空安裝工程、高溫物料的裝卸等等，一直以來，都需要采用特定的配套裝備和 操作工藝，耗費人力、物力資源，作業周期長。而采用伸縮臂叉裝車，可以輕而易舉地 實現高效率、低成本。 另外，從 intermat 2006 國際建筑及土木工程機械博覽會可以看出，參展的小型工 程機械種類中，伸縮臂裝載機、伸縮臂叉車等產品明顯增多8。其主要原因是由于歐美 等發達國家大規模的建設時期已經過去，施工建設以維護為主，因此，對小型機械的需 求較大。 未來的中國，一方面大規模的經濟建設仍將繼續，另一方面，維護改造的工程會不 斷增加，伸縮臂叉裝車的優勢

21、可以充分的發揮出來。未來四年國內市場需求高速增長， 每年增長將維持在千臺以上。 通過綜上所述，中國的伸縮臂叉裝車未來幾年內必然會有良好的市場前景。 1.5 國內、外相關標準 國內相關標準為伸縮臂叉裝車規范（gjb45552003），其于 2003 年 12 月 3 日 由中國人民解放軍總后勤部公布。該規范規定了伸縮臂叉裝車的要求，適用于 ocs2002-3 伸縮臂叉裝車。該標準分為 6 部分范圍、引用文件、要求、質量保證規定、交貨準備 和說明事項。要求主要包括：基本參數、產品質量及技術要求、叉裝車動力性能、穩定 性、作業可靠性、行駛可靠性、噪音等。質量保證規定主要包括：檢驗分類、基本參數 測定

22、、產品質量檢驗、動力性能測試、試驗載荷、行駛可靠性等。 在國外，美國伸縮臂叉裝車標準為rough terrain fork lifts （ansi b 56.6），澳 洲伸縮臂叉裝車標準為as1418-19 for telehandlers，歐洲伸縮臂叉裝車標準為safety of industrial trucks - self-propelled variable reach trucks（en 1459）。 第一章第一章 畢業設計任務書畢業設計任務書 題目：伸縮臂叉裝車 title： design of telehandler 1 題目來源：實際應用 2 設計要求和設計參數 2.1 設計

23、要求： 1)整體布局圖、臂架結構圖共兩張零號圖紙； 2)零部件圖 23 張； 3)設計計算說明書一份； 4)外文資料翻譯 2 萬字符； 5)全部設計圖紙用 pro/e 完成。 2.2 設計參數： 1)作業工況： 最大起升載荷：3500kg； 最大起升高度：6988mm； 最大高度下的最大起升載荷：3000kg； 最大幅度：3923mm； 最大幅度時的最大起升載荷：1200kg； 臂架變幅角度：-462； 收藏狀態下臂架仰角：-3； 接近角：90 離去角：65 軸距：2850mm； 輪距：1845mm； 車架離地間隙：440mm； 整機質量：約 6.8t； 整機尺寸：460022502300mm

24、（不帶貨叉）； 2)機構參數 最高時速：24km/h； 爬坡能力： 60%（空載）； 22%（帶載下行，en1459 annexb）； 50%（空載行走斜側傾角， en1459 annexb）； 臂架動作時間（空載/滿載）： 向上變幅時間：6.7/7.3s； 向下變幅時間：4.8/4.6s； 臂架伸出時間：7.1/7.3s； 臂架縮回時間：5.7/5.5s； 鏟斗向上/向下動作（空載）：3/2s。 3 個人重點工作 總體計算、整機布局、臂架設計 4 各階段時間安排 應完成的工作量(按學期周次排) 第 4 周第 5 周： 查閱收集整理資料，分析研究設計任務，熟悉繪圖軟件； 第 6 周第 7 周：

25、 確定整機布局，進行整機布局設計； 第 8 周第 9 周： 臂架結構草圖繪制； 第 10 周第 11 周： 繪制整機布局圖、臂架結構圖； 第 12 周第 13 周： 繪制零部件圖； 第 14 周： 整理計算書； 第 15 周： 完善全部設計圖紙，整理完成設計說明書； 第 16 周： 制作 ppt，準備答辯。 5 應閱讀的資料及主要參考文獻目錄 1）楊長睽主編起重機械北京：機械工業出版社，1987 2）起重機設計規范(gb3811-2008)國家標準局，2008 3）成大先主編機械設計手冊北京：化學工業出版社，1998 4）王金諾主編起重運輸機金屬結構北京：中國鐵道出版后送，1983 5）en1

26、459：1999 safety of industrial trucks: selfpropelled variable reach trucks； 6）國外叉裝車樣本資料 第二章第二章 畢業設計計算說明書畢業設計計算說明書 1 設計參數及整機尺寸 1.1 設計參數 1）作業工況： 本次設計給定的設計參數如下： 最大有效載荷：3500kg； 最大提升高度：6988mm； 最大高度下的有效載荷：3000kg； 最大前伸量：3923mm； 最大伸長時的有效載荷：1200kg； 臂架變幅角度：-462 度； 收藏狀態下臂架仰角：-3 度； 接近角：90 度 離去角：65 度； 2)機構參數 最高時速

27、：24km/h； 爬坡能力：60%（空載）； 22%（帶載下行，en1459 annexb）； 50%（空載行走斜側傾角，en1459 annexb）； 臂架動作時間（空載/滿載）： 向上變幅時間：6.7/7.3s; 向下變幅時間：4.8/4.6s; 臂架伸出時間：7.1/7.3s; 臂架縮回時間：5.7/5.5s； 鏟斗向上/先下動作（空載）：3/2s 1.2 整機尺寸 根據標準要求，參照 jcb530 伸縮臂叉裝車外形尺寸，設計 伸縮臂叉裝車整機尺寸 如下（見圖 1）： 總長：4868mm； 總寬：2250mm； 總高：2300mm； 車架離地間隙：440mm； 輪距：1845mm； 軸距

28、：2850mm； 整機質量：約 6.8t 圖 1 整體布局簡圖 2 重要鉸點布置及其計算 根據叉裝車特點，為了方便分析，各個鉸點的坐標是以兩軸中心線與變幅平面交點 的中點為原點坐標建立的。建立數學模型如圖 2.1 所示： 圖 2.1 鉸點布置數學模型 a：一節臂質心； b：二節臂質心； h：變幅油缸質心； p：貨叉質心； mn：為載荷質心； sl伸縮油缸的伸長量； a-臂架仰角； d變幅油缸上鉸點到臂架根部鉸點的距離（平行于臂架方向）； d1d2全縮時各節臂質心到臂架根部鉸點的距離（平行于臂架方向）； dk全縮時 k 點到臂架根部鉸點的距離（平行于臂架方向）； h變幅油缸上鉸點到到臂架根部鉸點

29、的距離（垂直于臂架方向）； h1h2各節臂質心到臂架根部鉸點的距離（垂直于臂架方向）； hkk 點到臂架根部鉸點的距離（垂直于臂架方向）； 已知：o1、h1 點的坐標如下： o1(-2772, 1565) h1(-1680, 936) 表 2-1 其它各點的動態坐標如下： xy h2 o1x+dcosahsinao1y+dsina-hcosa a o1x+d1cosa+h1sinao1y+d1sina-h1cosa b o1x+(d2+sl)cosa+h2sinao1y+(d2+sl)sina-h2cosa k o1x+(dk+2sl)cosa+hksinao1y+(dk+2sl)sina-h

30、kcosa 3 作業高度 h 計算 根據bs_en_1459-1999對作業高度的要求： （3.1） 111 )sin()( po hsllhh 式中：臂架后鉸點到地面的高度，； 1o hmmho1650 1 臂架全縮時臂架后鉸點與貨叉與臂頭連接鉸點的距離，； 1 lmml4134 1 油缸伸長量,；slmmsl2865 max 貨叉與臂頭連接鉸點距貨叉頂面高度，； 1p hmmhp366 1 臂架仰角，變化范圍為； 4 62 當油缸全伸，臂架仰角達最大值時，貨叉達到最大作業高度時：hmax=7463mm； 當考慮臂架下撓度時：hmax=7463-198=7265mm。此時的最大作業高度是貨叉

31、底面到 地面的距離。 4 幅度 r 計算 根據bs_en_1459-1999對幅度的規定，按以下公式計算： （4.1） 111 )sin()cos()( poo llhksllr 為臂架仰角, 變化范圍為； 4 62 為油缸伸長量, ； slmmsl2865 max 臂頭鉸點到后鉸點的距離（平行臂架方向），全縮時為 4134mm； 1 l 為臂頭鉸點到臂架后鉸點垂直臂架方向的距離 930mm;hk 后鉸點到前輪邊緣的距離 ，； 1oo lmmloo3980 1 為載荷重心到前鉸點的距離，； 1p lmmlp905 1 當臂架水平全伸時幅度為最大 r=3924mm，此時油缸伸長量為 2865mm

32、； 5 整機穩定性計算 5.1 整體穩定性計算工況和載荷 根據歐洲標準bs_en_1459-1999對穩定性的規定，整體穩定性計算的載荷和力的 方向如表 5-1 所示。 表 5-1 整體穩定性計算的載荷和力的方向 額定載荷（q）結構載荷(sn)風力載荷(w)圖解 工況 1.00.11.00.11.00.1 1）堆垛（打支腿）vavahh圖 6-1 2）行走vsvshh圖 6-2 3）堆垛（不打支腿） vavahh圖 6-3 注： v-垂直，h-水平，a-傾角，s-斜坡上角度 計算的三種工況分別為： （1）堆垛（打支腿），如圖 5-1 所示； （2）行走，如圖 5-2 所示； （3）堆垛（不打支

33、腿），如圖 5-3 所示； 圖 5-1 堆垛打支腿時整體穩定性計算簡圖 傾覆線 圖 5-2 行走時整體穩定性計算簡圖 圖 5-3 堆垛不打支腿時穩定性計算簡圖 圖 5-2 中的 z 為路緣石測試的系數，取在 z0.1。計算傾覆和穩定力矩時，應以最不 利的傾覆線來計算，且底盤處于最大允許傾斜狀態。計算所得的穩定力矩大于傾覆力矩 則穩定性符合要求。 計算各工況穩定性時： （1）確定各載荷作用點在相應作業幅度下的坐標，坐標系的規定見本論文第三章 “鉸點布置及計算”部分； （2）各作用力對傾覆線與地面交點取矩，將穩定力矩（正的力矩）和傾覆力矩（負 的力矩）分別求和； （3）由公式安全系數=穩定力矩/傾

34、覆力矩，求安全系數，然后和最小安全系數做比 較，大于最小安全系數代表穩定性通過。各工作情形最小安全系數如表 5-2 所示。 表 5-2 各工作情形最小安全系數 臂架仰角安全系數 1）堆垛 2）行走 0 0 1.4 1.34 注：詳細的計算過程見 附錄 matlab 程序 5.2 整體穩定性結果匯總 以下給出的曲線為臂架從變幅到，且處于各個仰角下最大作業幅度時的 4 62 n（n穩定力矩/傾覆力矩）值。 （1）堆垛(打支腿) 此時臂架全伸，仰角 0載荷為 1200kg，由圖 5-4 可見，穩定性系數最小值大于最 小穩定性系數 1.4，故穩定性合格。 0102030405060708090 1.5

35、 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 仰 仰 仰 仰 仰 仰 仰 仰 仰 n 圖 5-4 堆垛（打支腿）整體穩定性計算結果 （2）堆垛(不打支腿) 此時臂架全伸，仰角 0，載荷為 800kg，由圖 5-5 可知，穩定性系數最小值大于最 小穩定性系數 1.4，所以穩定性通過。 0102030405060708090 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 仰 仰 仰 仰 仰 仰 仰 仰 仰 n 圖 5-5 堆垛（不打支腿）穩定性計算結果 （3）行走 此時臂架全縮，起升高度為 300mm，載荷 3500kg 此時由程序計算穩定性系數 n=1.69,大

36、于最小穩定性系數 1.34，所以，穩定性通過。 6 臂架結構設計及其計算 6.1 臂架結構設計 280 360 300 260 175 52 8 6 6 6.2 臂架理論計算 表 6-1 臂架截面參數 一節臂二節臂 慣性矩 iy(mm4)1.58e+087.55e+07 慣性矩 iz(mm4)9.20e+074.77e+07 抗彎模量 wy（mm3）1.17e+066.56e+05 抗彎模量 wz（mm3）4.44e+053.08e+05 質量 m(kg)274228 截面積（mm2）53007190 對高空作業車進行整體分析可知：當臂架仰角且全伸時，為整機最大作業高度；當臂62 架仰角且達到

37、最大幅度時，整車穩定性最差。所以強度、剛度分析的計算工況如表 6-2 0 表所示。 表 6-2 強度、剛度分析時計算工況 工況額定載荷結構載荷手工力風載荷 臂架仰角 62 度，全伸m1.33q1.1mpw 臂架仰角 0 度，達到最大 幅度 m1.33q1.1mpw 6.2.1 臂架全伸，仰角時剛度、強度計算62 臂架的幾何簡圖如圖 6-2 所示： 1000 3920 2200 7000 2680 3800 4260 基本臂二節臂 (1).臂架受力分析 1）變幅平面的強度計算載荷 垂直載荷：q 21 11 ()1.2 (2500 1.5 9.8317 9.81)1.1 (1.2 502 9.81

38、) 33 50043.56 qqgg n 其中：額定載荷，； (6.1) q(2500 1.5) 9.8136787.5qn 平臺自重，； g317 9.813109.77gn 臂架自重，g(1.2 502) 9.815909.54gn 由引起的軸向力：qn (6.2)cos50043.56 cos6223434.7nqn 由引起的橫向力q z t (6.3)sin50043.56 sin6244185.3 z tqn 由引起的臂頭力矩：q ly m (6.4) 2）旋轉平面的強度計算載荷 臂端的側向力： y t 00102 mly=q *l7+g *l11+g *l12=36787.5 90

39、5+265 328+52 205=34249947n 00 0.1()0.1 (36787.53109.77)3989.7 h tqgn (6.5) 由引起的軸向力：qn 23434.7nn 3）變幅平面剛度的計算載荷 剛度計算載荷只考慮有效載荷的靜力作用，即不考慮平臺自重和動載系數。 g 2 垂直載荷：q (6.6) 11 2452530490.1534688.3 33 qqgn 其中：額定載荷，； q2500 9.8124525qn 由引起的軸向力：qn (6.7)cos34688.3 cos6216285.2nqn 由引起的橫向力q z t (6.8)sin34688.3 sin6230

40、628.1 z tqn 由引起的臂頭力矩：q ly m (6.9) 1 24525 90522195125 ly mqbn mm 4）旋轉平面的剛度計算載荷 臂端的側向力： y t (6.10) 00 0.1()0.1 (36787.53109.77)3989.7 yh ttqgn 由引起的軸向力： qn 16285.2nn 5）使吊臂扭轉的扭矩 側向力偏心和平臺偏轉引起的扭矩： n m 0m1m2y mn=q l7+ql11+ql12+t124525 905265 328+52 205+3989.7 660 =24926178.5n e 3989.7276.94266.6 yhb tttn

41、0.40.4 692.3276.9 b tpwn (2).臂架的臨界力 (6.11) 1）變幅平面的臨界力 cry n 臂架在變幅平面內為簡支外伸梁，由支承形式決定的長度系數 由按插值法查表得。 1/ 2200/70000.3 c ll 1 1.6 由變截面決定的長度系數 2 臂架為兩節伸縮臂，） 1 3900/70000.557 (6.12) 8 1 2 7 2 1.58 10 2.09 7.55 10 y y i i 查表得。 2 1.062 2 258 16 22 12 2.05 101.58 10 2.26 10 ()(1.6 1.062 7000) y cry ei nn l 2）旋

42、轉平面的臨界力 crz n 臂架在旋轉平面內為懸臂梁，由支承形式決定的長度系數。 1 2 由變截面決定的長度系數 2 臂架為二節伸縮臂， 1 0.557 (6.13) 7 1 2 7 2 9.02 10 1.89 4.77 10 z z i i 查表得。 2 1.046 旋轉平面的臨界力 (6.14) 2257 5 1 22 12 2.05 109.02 10 8.5 10 ()(2 1.046 7000) z crz c ei nn l （3）臂架的強度計算 圖 6-5 臂架強度計算簡圖 1）各節臂危險截面 a、b 的彎矩如下: 8 3424994744185.3 49002.5 10 ay

43、lyza mmt hn mm 8 3424994744185.3 31601.7 10 bylyzb mmt hn mm 7 4266.6 49002.1 10 azya mt hn mm (6.15) 7 4266.6 31601.3 10 bzyb mt hn mm 2）臂架非重疊部分強度校核 軸向力由伸縮油缸承受，臂架結構只承受雙向彎曲。吊臂截面角點處正應力按下式 計算 (6.16) ) 9 . 0 1 () 9 . 0 1 ( crz z z cry y y x n n w m n n w m 臂架材料采用 60 鋼，mpampa bs 675,400 (6.17)7 . 06 . 0

44、 675 400 b s (6.18)mpa s 75.300 33 . 1 400 33 . 1 (6.19)mpa 6 . 173 3 75.300 3 (6.20) 11 87 65 65 (1)(1) 0.90.9 2.5 102.1 10 23434.723434.7 1.17 10(1)4.44 10(1) 0.9 2.26 100.9 8.5 10 216.248.8265 ay az ax yz crycrz m m nn ww nn mpa (6.21) 22 87 55 65 (1)(1) 0.90.9 1.7 101.3 10 23434.723434.7 6.56 10

45、(1)3.08 10(1) 0.9 2.26 100.9 8.5 10 262.243.5 305.7 by bz bx yz crycrz m m nn ww nn mpa 翼緣板和腹板上的剪應力： min 4266.62492617.85 3.16 1.454.61 22 135 5343652 5 y n ab ab t m mpa b min 4266.62492617.85 1.09 1.452.54 22 390 5343652 5 nz ah ah mt mpa h min 4266.62492617.85 3.71 18.522.3 22 115 52 67172.2 5 y

46、n bb bb t m mpa b min 44185.324926178.5 16.3637.153.3 22 270 52 67172.2 5 nz bh bh mt mpa h (6.22) 其中 側向力偏心引起的扭矩； n m 截面輪廓中線所圍成面積的兩倍； 截面中的最小壁厚； min b翼緣板最小寬度； h腹板高。 表 6-3 危險截面剪力計算參數表 一節臂二節臂 )( 2 mm206152139192 min 66 b300260 h360280 計算表明危險截面上的剪應力都很小，遠小于許用剪應力，因此在后mpa6 .173 面的工況中可略而不計 3）臂架重疊部分強度校核： 局部彎

47、曲問題： 二節臂下翼緣板角點 a,只有總體彎曲應力按下式計算 (6.23) 此處應局部加強下翼緣板滑塊支承力作用點 b 附近的應力 （下翼緣板滑塊支承力 nh 作用點 b 附近處應力按整體彎曲和局部彎曲聯合作用進行 強度校核：） 局部彎曲應力 (6.24) nh=0.5n11 n11 滑塊支反力（見臂架受力分析） 根據 查表有： 22 87 55 65 (1)(1) 0.90.9 1.7 101.3 10 23434.723434.7 6.56 10(1)3.08 10(1) 0.9 2.26 100.9 8.5 10 284.6a by bz yz crycrz m m nn ww nn m

48、p a點 h jyj 2 147219 68.1a 6 6 x n kmp =0. 0333 200 0.68 292 45 0.15 292 y b b = y bb 和 局部彎曲應力系數 k=0.0333 整體彎曲應力 (6.25) ba 為臂架下角點 a 到臂架縱向中心線距離即 0.5h bb 為臂架滑塊作用點 b 到臂架縱向中心線距離 復合應力: (6.26) 此處需局部加強 所以臂架的強度符合要求。 （4）.臂架的剛度校核 22 22 (1)(1) 0.90.9 (1)(1) 0.90.9 275.1a by bzb x a yz crycrz by bzb x a yz crycr

49、z m mb nn b ww nn m mb nn b ww nn mp 222 xxjyjyjxxj 222 )3 27568.1)68.168.1 27568.1)360.9331.81.1330.8a bb mp （ （ 1）側向載荷引起的臂端撓度 w f l1=2200 l1=3740 l2=1000 l2=4260 h2=3260 h1=4800 i i 1 1 i i 2 2 圖 6-3 變幅平面臂架計算簡圖 變幅平面 各節臂端的側向載荷 (6.27) 1 izlyi htmm mmnhtmm zly 86 21 1046 . 1 1752549.81211047 . 3 6 2

50、3.47 10 ly mmn mm zi tt 12 8121.49ttn 臂端撓度 (6.28) 2 1 11 3 1i ii i iwz hff 式中 (6.29) 2 2 1 22 )( 3 ) 663 2 2 ( iii yi iii ii i yi i i lll ei tll ll l ei m f mm lll ei tll ll l ei m f yy 19.99 )340010835(10835 1033 . 3 1005 . 2 3 49.8121 ) 6 2110 6 3400 340010835 3 2 2 10835 ( 1033 . 3 1005 . 2 1046

51、. 1 )( 3 ) 663 2 2 ( 2 85 22 2 85 8 2 111 1 1 2 2 2 1 11 2 1 1 1 1 mm lll ei tll ll l ei m f yy 4 . 121 )211010835(10835 1015 . 2 1005 . 2 3 49.8121 ) 6 2135 6 2110 211010835 3 2 2 10835 ( 1015 . 2 1005 . 2 1048 . 7 )( 3 ) 663 2 2 ( 2 85 22 2 85 7 2 222 2 2 2 3 2 2 22 2 2 2 2 2 (6.30) 663 2 2 () 3 2

52、 3 2 ( 2 1 2 1 2 11 ii ii i yi i iii yi i i ll l l l ei t lll ei m rad ll l l l ei t lll ei m yy 0218 . 0 ) 6 2110 6 3400 21103400 3 2 2 10835 ( 1033 . 3 1005 . 2 49.8121 )2110 3 2 3400 3 2 10835( 1033 . 3 1005 . 2 1046 . 1 ) 663 2 2 () 3 2 3 2 ( 22 2 85 85 8 2 2 2 1 21 2 1 1 1 211 1 1 2 因此， 1222 99

53、.19 124.4 137.930.0218 175250.0238 8780 953.91 wz fffh mm 旋轉平面 l2=1000 l1=3740 l2=4260 h2=3260 圖 6-4 旋轉平面臂架計算簡圖 各節臂端的側向載荷 (6.31) 1 iylzi htmm mmnhtmm ylz 7 21 107 . 21752515410 2 0 lz mmn mm yi tt 12 1541ttn 臂端撓度 (6.32) 2 1 11 3 1i ii i iwy hff 式中 (6.33) 2 2 1 22 )( 3 ) 663 2 2 ( iii zi iii ii i zi

54、i i lll ei tll ll l ei m f mm lll ei tll ll l ei m f zz 02.62 )10835(10835 1074 . 1 1005 . 2 3 1541 ) 6 2110 2 10835 ( 1074 . 1 1005 . 2 107 . 2 )( 3 ) 663 2 2 ( 2 85 2 2 85 7 2 111 1 1 2 2 2 1 11 2 1 1 1 1 mm lll ei tll ll l ei m f zz 35.44 )211010835(10835 1011 . 1 1005 . 2 3 1541 ) 6 2135 6 2110

55、211010835 3 2 2 10835 ( 1011 . 1 1005 . 2 1035 . 1 )( 3 ) 663 2 2 ( 2 85 22 2 85 7 2 222 2 2 2 3 2 2 22 2 2 2 2 2 (6.34) 663 2 2 () 3 2 3 2 ( 2 1 2 1 2 11 ii ii i zi i iii zi i i ll l l l ei t lll ei m rad ll l l l ei t lll ei m zz 0078 . 0 ) 6 2110 2 10835 ( 1074 . 1 1005 . 2 1541 )2110 3 2 10835(

56、1074 . 1 1005 . 2 107 . 2 ) 663 2 2 () 3 2 3 2 ( 2 2 85 85 7 2 2 2 1 21 2 1 1 1 211 1 1 2 因此， 12322 62.0244.3541.980.01 175250.01 8780 359.45 wy fffh mm 2）軸向力和橫向載荷引起的臂端撓度及其剛度校核 變幅平面： (6.35) mm l h zf n n f k i i i wz cry z 02.1056) 2135 8780 2110 17525 (381.953 1095 . 1 9 . 0 59.10777 1 1 )( 9 . 0 1

57、 1 5 1 1 1 1 mmm l f29.80480429 . 0 1000 36.28 1000 22 ffz mm l h yf n n f k i i i wy crz y 44.444) 2135 8780 2110 17525 (245.359 1085 . 8 9 . 0 59.10777 1 1 )( 9 . 0 1 1 4 1 1 1 1 mm l f563563 . 0 1000 7 . 0 2 ffz 可認為該工況下臂架的剛度滿足要求。 （5）.臂架整體穩定性校核 進行臂架的穩定性校核時，按雙向受壓桿計算，公式中的均取為 1。 myoyoz ccc, 取臂架根部最大應力

58、計算： mm l h l h z l h zf i i i oz 25.37) 2135 8780 2110 17525 (3)( 3 3 2 2 2 1 1 1 (6.36)mm l h l h y l h yf i i i oy 84.24) 2015 8780 2110 17525 (2)( 3 3 2 2 2 1 1 1 mmnmnfm mmnmnfm lyozoy lzoyoz 6 5 1022 . 7 346528025.3794.15253 1079 . 3 084.2494.15253 (6.37) mmnhtm mmnhtm azhy ayhz 8 7 1073 . 2 23

59、94067.11494 1066 . 3 239401541 26.231 109 . 1 1073 . 2 1022 . 7 1095 . 1 9 . 0 94.15253 1 1 1071 . 6 1066 . 3 1079 . 3 1085 . 8 9 . 0 94.15253 1 1 8941 94.15253 9 . 0 1 1 9 . 0 1 1 6 86 5 5 75 4 mpa w mm n n w mm n n a n y hyoy cry z hzoz crz 所以臂架的整體穩定性符合要求。 6.2.2 臂架全伸，仰角 0 度時剛度、強度、穩定性計算 （該工況下計算步驟和方

60、法同臂架全伸，仰角 62 度的工況，故不再詳細的列出計算 過程，僅給出計算結果） 表 6-4 計算載荷 強度計算載荷剛度計算載荷 垂直載荷 q(n)45110.326575.3 由 q 引起的軸向力 n(n)2117812476.4 由 q 引起的橫向力 tz(n)3983023464.6 變幅平面 臂頭力矩 mly(nmm)4178208522195125 臨界力 ncry(n)2.43e+06 臂端側向力 ty(n)38002452.5 由 q 引起的軸向力 n(n)2117812476.4 mlz(nmm) 00 旋轉平面 臨界力 ncrz(n)1.25e+06 扭矩 mn(nmm)4.