起重机伸缩臂的结构优化设计研究
摘要：为了能够有效地提高起重机伸缩臂的结构优化的有效性，提升起重机的工作可靠性，采用了有限元技术对起重机伸缩臂的结构进行优化设计。首先，全面地讨论了起重机伸缩臂优化的相关研究成果，分别讨论了国内和国外有关的研究成果。其次，进行了起重机伸缩臂的静力学分析，分别对其各部件的受力情况进行研究，并且研究了载荷的计算方法。然后，利用ANSYS软件APDL模块对截面为六边形的起重机伸缩臂进行优化分析，以起重机伸缩臂的体积最小作为目标函数，进行了了仿真分析，仿真结果表明优化后的起重机伸缩臂能够更好地利用材料，同时降低了结构的质量，全面地提升了起重机的工作性能。
关键词：起重机；伸缩臂；优化设计；ANSYS；APDL
Research on Structural Optimization Design of Crane Telescopic Boom
Abstract: in order to improve the structural optimization efficiency of crane telescopic boom and improve the overall performance of crane, the crane telescopic boom is optimized by using finite element technology. First of all, the research progress of crane telescopic boom is summarized, and the progress of related research at home and abroad is expounded. Secondly, the static analysis of crane telescopic boom is carried out, the force of each component is studied, and the calculation method of load is studied. Then, the parametric design of crane telescopic boom section is hexagonal with ANSYS software APDL, the telescopic minimum volume as the objective function of the optimization analysis, optimization analysis results show that after optimization of telescopic boom materials are fully utilized, and a telescopic arm to lower the quality.
Keywords: crane; telescopic boom; optimization design; ANSYS; APDL
1 引言
伸缩臂式起重机的关键受力部件，占有起重机重量的20%左右，所以，伸缩臂的结构设计对于起重机的工作性能起着非常关键的作用。我国的起重机主要以中、小型为主，伸缩臂的形式为伸缩油缸加绳排。伸缩臂的最后两节利用钢丝绳进行伸缩，其他几节利用油缸伸缩。伸缩臂的最后一节截面变化大，极大地削弱了起重机的工作性能，对于国外50吨以上的大型、中型起重机，利用单缸插销的方式实现伸缩臂的伸缩，从而有效地提升了起重机的工作性能。我国的伸缩臂起重机的设计制造有了长足的发展，经过长期的研究，我国伸缩臂起重机的某些技术已经达到了世界先进水平，能够进行伸缩臂式起重机设计制造的企业已经达到了10多家，例如，三-集团起重机公司、徐州起重机公司等。我国伸缩臂式起重机的设计制造技术与国外还存在着一定的差距，主要原因在于我国在起重机伸缩臂配件的设计制造方面还存在着技术薄弱、加工精度不高、制造材料匮乏以及装配水平不高等缺陷。我国的伸缩臂式起重机的制造材料主要采用的低合金钢，其屈服极限为350-500MPa。对于150吨以上的伸缩臂式起重机采用的制造材料为进口钢材。我国生产的伸缩臂式起重机的配件存在精度不高的缺陷，因此，伸缩臂起重机还存在漏油、操作元件以及传动系统不可靠的缺陷。 起重机的伸缩臂的结构设计直接决定着整体的稳定性和工作性能。因此，有必要在确保伸缩臂安全的情况下减少伸缩臂的重量，从而能够提高起重机的经济效益。
2 起重机伸缩臂优化研究进展
在国外，德国的利勃海尔公司代表了全球伸缩臂式起重机设计制造的最高水平，其核心技术主要包括椭圆形伸缩臂、单缸插销式伸缩臂以及自动伸缩臂系统，属于轮式起重机的发展方向。
根据起重机伸缩臂的优化分析结果能够得出如下的结论，伸缩臂的截面尺寸、上盖板、下盖板的厚度都得到了极大的降低，最终伸缩臂的体积降低了32%，同时其重量也降低了32%，根据这个优化结果，起重机伸缩臂的优化目的得到了最终的实现。
5 结论
起重机伸缩臂的结构优化设计能够有效地提升起重机的工作性能和工作可靠性。起重机伸缩臂对于起重机来说是非常重要的受力构件，其性能的优劣对于整机的经济性和工作性能都有着至关重要的影响。为了进行有效的优化设计，利用ANSYS软件进行了起重机伸缩臂的优化设计，通过优化分析结果可知，起重机伸缩臂的最大应力和最大位移都可以有很大的提升，按照应力分析结果，利用六边形截面的伸缩臂受力均匀有效地发挥了材料的潜力。同时，起重机伸缩的几何尺寸有了明显的减小，重量减轻，从而提高了整机的工作性能。利用该优化方法，提高伸缩臂优化设计的效率，降低了其优化设计的成本，大大提升了伸缩臂的产品质量。
