混凝土泵车臂架有限元分析及试验验证

【摘要】混凝土泵车是近几十年发展起来的一种工程施工设备，它能快速、高效地完成混凝土的浇注，在现代混凝土施工中应用越来越广泛，扮演的角色越来越重要。臂架作为混凝土泵车最重要的部件之一，承载着将混凝土输送到预定布料地点的作用，臂架的长短决定着混凝土泵车的布料高度，而布料高度是混凝土泵车的最重要的性能指标之一。不断提升混凝土泵车臂架的轻量化水平，实现混凝土泵车臂架长重比的最大化，充分挖掘底盘的潜力，提高混凝土泵车整机的桥长比，进而提高产品的性价比，成为各个混凝土泵车生产厂家不断追求的目标。臂架作为混凝土泵车承载混凝土的工作装置，在工作时姿态千变万化，且往往置于施工场地上方，结构安全是臂架轻量化设计时必须首先考虑的问题。本课题对国、内外混凝土泵车的研究现状，以及未来的发展趋势进行了较为全面的综述；在此基础上，重点对混凝土泵车的臂架结构设计和轻量化设计理念进行了较为深入的研究。本研究对混凝土泵车臂架的设计方法、铰点优化方法、臂架结构强度问题、有限元分析方法以及试验验证方法进行了较为全面和深入的阐述，重点研究内容如下：采用TOP-DOWND的理念使用Pro/E软件建立了六节臂混凝土泵车的臂架三维模型，实现臂架结构设计的参数化，做到了快速修改、复制；对臂架工作中的受力情况进行了详细的论述，介绍了臂架铰点的一种优化方法，并对优化过程进行详细的阐述，通过以油缸力最小作为铰点优化目标，进而实现油缸及与之相连一组铰点的重量最轻，该方法是采用ADAMS软件对臂架铰点进行优化研究；介绍了臂架工作中极限工况及其获取方法，并用ADAMS软件对一臂边界条件的获取过程作了详细的说明。根据ADAMS软件分析产生的臂架有限元分析边界条件，提出一种臂架有限元分析臂架强度问题的方法，对单元类型、边界条件、网格要求、计算判定依据等进行了分析和研究。使用HyperMesh软件对各条臂架进行前处理，使用ANSYS软件做后处理，分别得到各条臂架的有限元分析结果，在满足设计要求的前提下，对臂架进行详细设计，使其满足各种极限工况使用性能。依据国家标准，采用应力测试仪检测了臂架及连杆上40个测点的实际应力值，并比对有限元分析软件的计算结果，结果证明通过有限元软件分析计算的结果与实际应力测试的结果吻合度较高，同时，所测应力值均小于材料的许用应力，泵车臂架强度满足设计要求。本文旨在通过研究，总结一套完整的臂架结构设计计算流程和方法，指导后续混凝土泵车臂架的设计。
【作者】岳红旭；
【导师】马文星；吴斌兴；
【作者基本信息】吉林大学，机械设计及理论，2014，硕士
【关键词】混凝土泵车臂架；铰点优化；多工况计算；有限元分析；结构应力试验；

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