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        汽車起重機(jī)變幅油缸穩(wěn)定性及缸筒壁厚校核

        2018-10-27 10:54:04單心澤
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年17期
        關(guān)鍵詞:起重機(jī)穩(wěn)定性

        摘 要:建立起重機(jī)三鉸點(diǎn)數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用傳統(tǒng)材料力學(xué)理論并結(jié)合查圖法,且根據(jù)TC550汽車起重機(jī)變幅油缸實(shí)際工作中所承受的載荷,對(duì)變幅油缸穩(wěn)定性及缸筒壁厚進(jìn)行校核,使其安全可靠。

        關(guān)鍵詞:起重機(jī);變幅油缸;穩(wěn)定性;缸筒壁厚

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.058

        汽車起重機(jī)屬于流動(dòng)式起重機(jī)械,具有移動(dòng)及起重作業(yè)功能,汽車起重機(jī)因操作方便、轉(zhuǎn)場速度快、工作效率高等優(yōu)點(diǎn),產(chǎn)品應(yīng)具有廣泛的使用性,能適應(yīng)城市改造、水利運(yùn)輸、交通橋梁、石油化工、建筑安裝等中大型項(xiàng)目建設(shè),可廣泛使用于工廠、礦山、油田、港口碼頭、建筑工地等作業(yè)場所和其它復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。

        汽車起重機(jī)主要由起重臂、轉(zhuǎn)臺(tái)、專用底盤三大部件組成。其中起重臂是起重機(jī)的關(guān)鍵部件,為主要承載受力件;轉(zhuǎn)臺(tái)為上下車的聯(lián)接部件,起重機(jī)變幅、回轉(zhuǎn)、起升三大動(dòng)作均通過轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)。變幅油缸又為起重臂及轉(zhuǎn)臺(tái)之間聯(lián)接件,通過其伸縮運(yùn)動(dòng)可改變起重臂仰角,使其適合不同高度及幅度作業(yè)。起重機(jī)起吊作業(yè)時(shí)變幅油缸承受巨大的軸向載荷,變幅油缸的設(shè)計(jì)對(duì)起重性能至關(guān)重要,所以對(duì)變幅油缸的穩(wěn)定性和強(qiáng)度進(jìn)行校核是必不可少的。

        1 建立數(shù)學(xué)模型

        1.1 建立數(shù)學(xué)模型

        變幅油缸受力分析如圖1所示,一般情況來說,變幅的運(yùn)動(dòng)速度都比較緩慢,起重臂的變幅慣性可忽略不計(jì),由,得:

        (1)

        式中:

        n——為變幅油缸的個(gè)數(shù)

        Ln——為變幅油缸的力臂

        N——為變幅油缸的受力

        Lb——起重臂長度

        Gb——起重臂自重

        Q——為吊重載荷重量

        LGb——為起重臂重心至臂尾鉸點(diǎn)的距離

        α——為起重臂仰角

        ψ1——為起升動(dòng)載系數(shù),取1.1

        1.2 起重臂及轉(zhuǎn)臺(tái)主要參數(shù)

        起重臂基本臂長Lb/mm 11700

        起重臂質(zhì)量Gb/kg 11500

        起重臂重心至臂尾鉸點(diǎn)的距離LGb/mm 5840

        起重臂尾鉸點(diǎn)至至變幅油缸下鉸點(diǎn)垂直距離H/mm 1000

        起重臂尾鉸點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心水平距離E /mm 2300

        變幅鉸點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心水平距離F /mm -350

        2 變幅油缸穩(wěn)定性、強(qiáng)度校核

        起重機(jī)吊載重物時(shí),變幅油缸承受巨大軸向壓力。當(dāng)軸向壓力過大,就有可能材料未發(fā)生屈服而先發(fā)生屈服失穩(wěn)。為避免變幅油缸發(fā)生失穩(wěn),對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性校核凸顯重要。針對(duì)TC550汽車起重機(jī),根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況,確定以下2種變幅油缸最危險(xiǎn)工況進(jìn)行校核。

        當(dāng)細(xì)長比時(shí),按非等截面計(jì)算法計(jì)算臨界載荷:

        (kN)

        式中:

        ——柔性系數(shù),中碳鋼取m=85;

        ——末端條件系數(shù),兩端鉸接,??;

        ——活塞桿的臨界載荷,;

        ——活塞桿材料的彈性模量;為;

        k——形狀系數(shù),查圖2;

        式中:

        ——桿徑截面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,

        ——缸筒截面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,

        ——空心活塞桿外徑,;

        ——空心活塞桿內(nèi)徑,;

        ——缸筒外徑,;

        ——缸筒內(nèi)徑,;

        式中:

        ——活塞桿伸出長度,;

        ——油缸總長度,;

        ——等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,,;

        式中:

        ——缸筒部分長度,;

        ——活塞桿斷面的回轉(zhuǎn)半徑,

        空心活塞桿:

        ——活塞桿截面積,;

        空心活塞桿:

        2.1 工況一

        通過(1)式方程計(jì)算得出工況一,變幅油缸推力N1=1822962N,此時(shí)油缸總長度L1=6038mm。

        2.1.1 油缸穩(wěn)定性校核

        因變幅油缸細(xì)長比,按非等截面計(jì)算法計(jì)算臨界載荷:

        (安全系數(shù)nk=2~4)

        式中:

        k——形狀系數(shù),查形狀系數(shù)圖2,取k=0.65

        ——等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,

        2.1.2 缸筒壁厚校核

        變幅油缸缸筒內(nèi)徑D=280mm、缸筒外徑D=310mm,缸筒壁厚=17.5mm,材料采用27SiMn,屈服強(qiáng)度σS =800MPa.

        因,按薄壁缸筒的計(jì)算公式進(jìn)行校核:

        因缸筒壁厚=17.5mm≥12.99mm,故滿足要求。

        式中:

        D——缸筒內(nèi)徑,;

        ——液壓缸壓力,MPa

        ——缸筒材料的許用應(yīng)力;

        MPa

        ——缸筒材料的抗拉強(qiáng)度;

        ——安全系數(shù),取2.5

        2.2 工況二

        通過(1)式方程計(jì)算得出工況二,變幅油缸推力N2=1874891N,此時(shí)油缸總長度L2=5596mm。

        2.2.1 油缸穩(wěn)定性校核

        因變幅油缸細(xì)長比,按非等截面計(jì)算法計(jì)算臨界載荷:

        (安全系數(shù)nk=2~4)

        式中:

        k——形狀系數(shù),查形狀系數(shù)圖2,取k=0.70

        ——等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,

        2.2.2 缸筒壁厚校核

        因,按薄壁缸筒的計(jì)算公式進(jìn)行校核:

        因缸筒壁厚=17.5mm≥13.22mm,故滿足要求。

        式中:

        D——缸筒內(nèi)徑,;

        ——液壓缸壓力,MPa

        3 結(jié)論

        汽車起重機(jī)變幅油缸壓桿穩(wěn)定性直接影響起重機(jī)工作性能,對(duì)汽車起重機(jī)工作安全起著決定性作用,本文利用材料力學(xué)知識(shí)并結(jié)合查圖法,對(duì)我公司的TC550汽車起重機(jī),在最大起重量和最大起重力矩兩種工況下,分別對(duì)變幅油缸穩(wěn)定性和缸筒壁厚進(jìn)行校核。研究結(jié)論為同類型起重機(jī)變幅油缸校核提供一種方法,為變幅油缸輕量化研究提供前期條件。

        參考文獻(xiàn):

        [1]張質(zhì)文.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)(上卷)[M].中國鐵道出版社,2013:507

        -510

        [2]楊曉,李祥松.變幅油缸穩(wěn)定性計(jì)算方法探討[J].煤礦機(jī)械,2016

        (03):30-32.

        [3]雷天覺.新編液壓工程手冊(cè)(下冊(cè))[M].北京理工大學(xué)出版社, 2005:1395-1405

        基金項(xiàng)目:TC550A汽車起重機(jī)新產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目

        作者簡介:單心澤(1975-),男,安徽蚌埠人,學(xué)士,工程師,研究方向:起重機(jī)產(chǎn)品及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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