臂架专题.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,第二节 单臂架,一、单臂架的结构形式,（1）桁架式臂架 为减轻自重、降低制造成本，单臂架大多数采用型,钢作主肢的矩形截面桁架式结构，特别当臂架较长、受轴向力不大时,更为合理。,（2）无斜杆臂架 是一个平面框架结构，杆件均为焊接箱形截面，由,于没有斜腹杆又是平面结构，因而空间刚性较差。,（3）实腹式臂架 起重量较大而臂长不大时较为合理。当臂架较长时,实体结构就显得过于笨重，且迎风面积较大，因而应用并不广泛。,二、单臂架的设计计算,（1）载荷,在一般情况下，单臂架的,受力情况如右图,（2）设计计算,单臂架的几何尺寸确定后，可以利用图解法或解,析法求得臂架的支反力和轴向力。,分析表明，臂架的最大轴向力可能发生在两个位,置：,1）最小幅度起吊最大起重量；,2）最大幅度起吊最小起重量。,对于较长的臂架，需考虑自重载荷引起的横向,弯曲影响，因最大轴向力和最大弯矩往往并不在同一,幅度时产生，故必须对最大幅度、最小幅度及某些中,间幅度进行内力分析，加以比较，然后确定臂架设计,计算的最不利位置。臂架应进行强度、刚性和整体稳,定性计算。,（3）无斜杆单臂架在水平力作用下的内力分析,无斜杆单臂架可视为杆件交点处为刚性连接的平面框架。用有限元通,用计算程序很容易计算这类平面框架结构。无斜杆单臂架还可用反弯点法,进行内力的近似分析。,第三节 组合臂架,一、组合臂架的类型,1、主、副臂架系统,多用于吊装高大设备，并且具有流动性。,2、四连杆臂架系统,又可分为带柔性拉索式和刚性拉杆式两,种结构型式，多用于中、小起重量门座起重,机，刚性拉杆式组合臂架较多。,二、象鼻架,（一）象鼻架的结构型式,1、桁构式象鼻架,具有自重较轻、构造简单等优点，因而成为中、小门座起重机象鼻,架的主要结构型式。,2、板梁式象鼻架,这种象鼻架的型式和构造简单，制造方便，但自重较大，因而仅在,大起重量门座起重机中应用。,二、象鼻架,（一）象鼻架的结构型式,3、箱形截面刚架式象鼻架,多用于起重量较大的门座起重机。,4桁架式象鼻架,这种型式在转盘式门座起重机中曾,普遍采用但因不能采用自动焊接，制造,费工时，油漆及维护的表面积较多，故,已很少采用。,(二),作用载荷,作用在象鼻架上的载荷如右图,所示。计算时应根据不同工况分别,在变幅平面和回转平面进行组合。,象鼻架迎风面积较小，其所受风力,较小，通常仅需按载荷组合B（工,作状态下的最大载荷）进行强度、,刚性及稳定性计算。,（三）象鼻架的设计计算,1、计算简图,如右图所示象鼻架计算位置取为：,最小幅度、最大幅度以及象鼻架与鼻,架互相垂直时的幅度。按内力分析找出,其最不利位置。,2、象鼻架内力分析及杆件计算,对于桁构式和刚架式象鼻架，在变,幅平面内按一次超静定结构计算，,在转平面内，前者按悬臂杆计算，后者,按悬臂的无斜杆框架计算；对板梁,式象鼻架，在变幅平面内可拆成两片板,梁分别计算，在回转平面亦按无斜,杆框架计算。,三、臂架,（一）臂架的结构型式,1、实腹式臂架,箱形截面实腹式臂架具有较,强的抗扭刚度，且构造简单，制造方,便，宜用自动焊接，油漆、维修面,少，造价较低，同时外形美观大方，,所以在组合臂架中被广泛应用。,（一）臂架的结构型式,2、桁构式臂架,这种结构将实腹式臂架的吊架前支,杆与臂架的链接点移向头部，消除了臂,架前悬臂极不利的受力状态，还可以有,效的减轻自重但带来了构造复杂，制造,麻烦的缺点。,（二）臂架的作用载荷,作用在臂架上的载荷如右图,载荷应根据门座起重机的实际工,作情况，在两个平面内分别进行,计算和可能的组合，计算时要考,虑物品发生内偏、外偏和侧向偏,摆的三种可能性。,（三）臂架的设计计算,1、臂架系统受力分析,（1）臂架变幅平面,根据静力,平衡条件，用图解法球的臂架上,全部作用力如下：臂架系统几何,简图如a。,1、臂架系统受力分析,作用下对臂架铰点产生的作用力,在起升载荷偏摆水平力,c）。,（1）臂架变幅平面（起升载荷,F,Q,如图b），,F,T,作用下对臂架产生的作用力,F,Q,P,Q,如图,象鼻架重力及拉杆重,力对臂架铰点作用力如右,图a。,活动平重,重力和均衡梁重力所引起对重,拉杆拉力如下图b），图c）和图d）,分别为臂架上铰点作用力和臂架,重力所引起的拉杆反力图解。,2）臂架回转平面,作用在象鼻架的侧向载荷通过,上铰轴传递给臂架，同时臂架顶端,受附加力矩和扭矩的,作用。,2、臂架计算,臂架受力情况复杂，实际设计时可先作出臂架在变幅平面最大幅,度、最小幅度（或最大起重量的极限幅度）和臂架与象鼻架互相垂直时,的幅度等位置的受力图，然后再计算臂架在回转平面的受力情况，综合,两个平面的载荷作用进行分析比较，以确定比较爱工作的最不利位置，,从而球的臂架的内力，最后进行强度，刚度，稳定性及臂架上铰点位移,的计算。,四、拉杆,（一）拉杆结构,杆是一根上端与象鼻架尾部连接，下端与人字架顶部铰接的刚性受,拉构件。,（二）作用在刚性拉杆上的载荷,1、由象鼻架尾部传来的作用力。,2、起升钢丝绳拉力对拉杆的作用力。,3、拉杆自重。,4、拉杆质量引起的惯性力及风力。,（三）拉杆的计算,拉杆的计算位置和载荷一般取为最大幅度和最小幅度两个位置。当臂架处,于最大幅度位置时，拉杆将受到最大拉力，这时拉杆自重的影响较大，因,此这个位置往往是拉杆设计时的控制位置。拉杆应进行下列计算：,1）跨中和分叉处界面的强度计算。,2）刚度计算。,3）当拉杆受压时，应进行稳定性计算。,五、臂架的铰接关节,现代门座起重机中，为了减小臂架变幅时的运动摩擦和便于维修，臂,架的铰接关节一般都采用滚动轴承，主要是球面滚柱轴承；只是在起重量,不大、变幅不太频繁的小型门座起重机中，为了降低成本，便于加工制造,才采用滑动轴承。,第四节 伸缩臂架,一、伸缩臂架的结构及工作原理,伸缩臂架是由基本臂、伸缩臂及附加臂组成。伸缩臂有一节或几,节，在臂架中装有伸缩液压缸，靠它来使臂架伸缩，各节臂之间靠导向,元件导向，现在大多数是采用滑块式导向元件。变幅液压缸使臂架仰,俯，根据变幅液压缸布置的位置不同，分为前置式及后置式。变幅液压,缸一端铰接在基本臂上，大约在基本臂（1/21/3）长度处，另一端铰接,在回转平台上。,二、箱形伸缩臂受力分析,汽车起重机及轮胎起重机的起重量是随幅度而变化的，在小幅度,时，其起吊能力是由臂架的强度决定，而大幅度时是由起重机的整体稳,定性决定的，因此箱形伸缩臂的计算可按最小幅度起吊最大起重量的工,况计算，当然要根据具体情况进行分析，也可能需要根据几个位置进行,计算。臂架上所受的载荷有起升载荷、臂架重力、惯性载荷及风载荷等。,三、箱形伸缩臂架的设计计算,伸缩臂架的轴向力N由伸缩液压缸直接承受（不承受弯曲）。由于各,臂架重叠处滑块上的摩擦阻力，臂架也承担一部分轴向力（约为N/3），,通常可偏安全的近似人为臂架受全部轴向力N作用。伸缩臂架要承受由横,向力和轴向力引起的全部弯矩。臂架的设计计算必须满足强度、导向滑,块附近处板的局部强度、刚度、整体稳定性和板的局部稳定性要求。,（一）伸缩臂架的临界力,1、回转平面的临界力,在回转平面内，臂架是一端固定、另一端,自由的压弯构件，但在臂架侧向变形时，起升,绳的方向永远指向一个固定点，对臂架有一定,的支撑作用。,2、变幅平面内的临界力,在变幅平面内臂架的支承方式与回转平面,不同，它是由变幅液压缸和臂架根部铰点所支,承，形成简支伸臂构件，臂架在变幅平面内变,形时起升绳不起支承作用，所以不需考虑起升,绳的影响。,（二）伸缩臂架的刚度,臂架刚性计算只考虑在各种幅度下额定载荷静力作用，不计动力系数,和吊具的重力。,1、由伸缩臂架套接处间隙引起的臂端位移,各节伸缩臂是靠着导向元件（滑块）及一定长度的含入量套装在一起,的，由于导向元件与臂板存在一定的间隙，致使臂架产生一定的初始弯曲,变形，如右下图所示。,2、由臂端横向力和弯矩产生的静位移,由于伸缩臂架是变截面构件，在计算位移时可利用位移相等条件，,把它折算成等截面的当量臂架。,3、伸缩臂架在外力作用下的实际位移,同时考虑间隙影响，臂架在外载荷静力作用下所产生的臂端基本位,移。当考虑轴向力作用时，应按非线性理论计算臂端的实际位移。,(三)伸缩臂架的强度计算,1、伸缩臂架非重叠部分的强度,（1）变幅平面,（2）回转平面,（3）伸缩臂架任意截面z的最大应力,2、伸缩臂架重叠部分的强度,（1）导向滑块所受支承力,臂架套接处滑块承受由臂端传来的弯矩和横向力所,引起的支承力。,（2）翼缘板的局部弯曲应力,由于伸缩臂导向滑块承受很大的集中力，所以在滑,块附近的翼缘板上产生局部弯曲应力。,（3）滑块附近翼缘板的强度验算,滑块附近受有整体弯曲和局部弯曲应力的联合作用,（四）伸缩臂架的稳定性计算,1、腹板及翼缘板的局部稳定性,各节臂在滑块附近板的应力最大，最易发生板的局部失稳。,2、伸缩臂架的整体稳定性,伸缩臂架整体稳定性计算与强度计算并无本质区别，只是应取臂架根部,最大内力计算。,第五节 小车变幅臂架和挖掘机臂架,一、小车变幅臂架结构形式,这种臂架的结构型式，臂架一端铰接于塔架上或集装箱装卸桥的门,架上，臂架的中前部用钢丝绳或拉杆支承并有一段悬伸臂，变幅小车沿,臂架下弦运行。转柱塔式（锤形）起重机的水平臂架结构，它没有拉,杆，小车沿臂架上弦运行。,二、小车变幅臂架合理吊点位置,为充分利用材料和减轻自重，应该合理地选择拉杆的吊点位置。臂,架吊点的合理位置应按等强度原则确定，并应考虑塔式起重机的起重量,特性曲线和实际工况。其方法是根据简支跨的弯矩和伸臂在吊点处弯矩,相等的条件来确定吊点位置。,（一）按起重力矩恒等条件确定吊点位置,（二）按移动集中载荷不变的经常工况确定吊点位置,综合考虑以上两种载荷情况，合理的吊点位置约在L/3处。,三、挖掘机臂架系统的型式,单斗液压挖掘机的臂架系统是由一根斗杆和一根动臂及有源液压缸,所组成，有的臂架系统由一根斗杆和两根动臂及有源液压缸所组成，,还有一种臂架系统是由一根斗杆、一根动臂和两根拉杆及有源液压缸组,成的四连杆机构，使铲斗能进行水平作业。,四、挖掘机臂架的计算机辅助设计与分析,1、选择机型和臂架系统（工作装置）型式,（如右下图）,选择履带式、轮胎式单斗液压挖掘机普通反铲工作装置和悬挂式工作装,置(反铲六连杆机构)的性能分析模型。,2、工作装置几何参数设计,3、臂架系统机构运动仿真,通过操纵代表油缸长度的按钮再现工作装置的动态运动情况、分析机构,干涉情况并指出产生干涉原因和修改建议。,4.挖掘包络图和特殊姿态绘制,自动绘制生成挖掘机斗齿运动轨,迹的挖掘包络图和挖掘机的纵向、横,向机身作业姿态。（如右图）,5.不同工况挖掘作业分析,（1）单点即时计算,（2）多点同时计算,（3）姿态显示控制,（4）区域显示控制,（5）范围显示控制,（6）自动生成区域分布曲线,6最大挖掘力确定,运用全局寻优方法自动确定不同工,况下的最大挖掘力及其相应姿态，以迅,速确定最恶劣的作业工况和姿态。,7、臂架铰接点受力分析,计算选定工况下，任意姿态时工作,装置的各部件铰接点的受力（如右图）,8、车架受力分析,根据选定姿态和工况计算车架的受力,及地面对履带的垂直分布力。,9、整机稳定性分析,（如右图）,同时对整机的八个典型工况进行稳定性分析，计算其稳定系数，,并可任意调整坡度和工作装置姿态来分析整机的稳定性，同时还可以求,出各个工况下的最不稳定姿态。,10起重作业分析,在考虑多种限制因素的条件下分析各点的最大起重量、整机的稳定性,及工作装置的受力。（如右图）,11破碎作业分析,在破碎作业情况下，考虑多种限制因素分析能产生的最大静态破碎力、,整机的稳定性、工作装置的运动特性及其受力情况。,一、履带起重机简介,履带起重机具有起重性能好、接地比压小、转弯半径小、起吊作业不,打支腿、带载行驶，并可借助附加装置实现一机多用等优点，被广泛应用,于桥梁施工、石油化工、水利电力建设等领域。,第六节 履带起重机臂架,二、履带起重机臂架组合方式,履带起重机的优越性主要体现在臂架的多种组合方式上。,对于标配,的履带起重机，通常有三种臂架方式：主臂、固定副臂和塔式副臂。三种,臂架的组合方式为：主臂、主臂+固定副臂、主臂+塔式副臂。,（1）臂架的重轻组合方式,通常主臂的重轻组合采用主臂与塔式副臂直接结合的方式，两者由过,渡臂节连接，实现不同截面尺寸臂节的有机连接。,（2）超短副臂组合方式,这种组合方式既可是固定副臂模式也可是塔式副臂模式，只是副臂长,度非常短，仅用了副臂的底节与臂头，其承载能力比副臂高很多，与同等,主臂的起重量不相上下。同时又与主臂有一定夹角，保证了作业空间。,（3）主臂+副臂+副臂组合方式,为最大化利用各种臂架型式，扩展作业空间，Liebherr公司又推出了,副臂连接副臂方式，这种组合方式主要用于电力建设方面。,（4）双并联臂架方式,受运输重量尺寸的限制，臂架截面尺寸不能无限增大。因此为获得更,大的承载力，业界开始考虑臂架横向并联组合方式。,三、臂架结构特点与组成,履带起重机具有力传递性好、结构抗弯抗扭能力强，自重轻、抗风能力,强等特点。此外，与箱形臂架比较，结构简单，自重轻，风阻小，臂架长度,组合形式多样。,臂架通常是由弦杆和腹杆组成，弦杆布置在矩形截面的四个角点，用,以承受臂架轴向载荷，腹杆采用斜拉杆连接弦杆，主要承受臂架水平剪力。,履带起重机臂架通常由三种臂节组成，即：底节、标准节和顶节。臂架底节,与转台连接，与转台连接的一端为双铰点型式，与其它臂节连接的另一端为,四铰点型式。臂节之间的连接通常采用接头销轴式连接，目前国外又出现新,的连接方式如下图。,四、臂架结构设计要点,尽管履带起重机臂架组合方式多种多样，但仍属于承受双向弯矩和轴,向压缩力的空间桁架结构，可按双向压弯桁架结构的计算方法进行设计校,核，其中结构的整体稳定与局部稳定性是设计的关键。在设计中，应尽量,做到受力与结构合理、便于拆装、制造工艺合理。,1）受力合理。,2）臂架截面尺寸与管材规格关系的确定。,3）结构的整体稳定性与局部稳定性的关系。,4）在进行副臂作业方式的计算时，在变幅平面内，分别计算主臂和,副臂的强度、刚性、稳定性，但同时还要考虑主、副臂在回转平面内的整,体稳定性。,5）臂架非作业工况下的计算。,6）臂架重轻组合的稳定性计算。,7）腰绳的计算。,对于连接在变幅拉板与臂架间的腰绳，根据臂架的变幅方式不同，又可分为,两种。一种是桅杆、臂架与变幅拉板组合成几何关系几乎不变的结构（如,图a）。另一种是起臂时不随臂架角度变化的结构，称之为人字架结构，,也可是超起工况下的超起桅杆（如图b）。,对于腰绳的计算通常采用数值逼近法，这属于几何非线性计算范畴，,比较方便的方法是有限元法。在进行商用有限元软件计算时，可采用两种方,式：非线性计算方法和二次加载法。,