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履带起重机臂架系统回转平面稳定性研究

安亭铮  
【摘要】:国民基础设施建设规模的扩大,促使相关设备的质量、体积和起升高度越来越大,履带起重机在吊装行业越加凸显出自身的优越性。作为履带起重机的主要承载部件,臂架系统的性能在很大程度上决定了起重机的起重能力。除强度、刚度方面的考虑,其稳定性由于具有突发性而受到广泛关注。以往设计将臂架的变幅平面看做简支梁,回转平面看做悬臂梁,显然其回转平面的稳定性弱于变幅平面。然而当臂架发生回转平面失稳时,钢丝绳、拉板等牵引系统的牵引力随臂架偏移而发生作用力方向的改变,即对臂架系统产生非保向作用,会对臂架系统回转平面的稳定性产生有利影响。针对上述问题,本文对履带起重机的主臂工况、带腰绳主臂工况、单撑杆工况和双撑杆工况进行了臂架系统回转平面稳定性的研究。由于臂架为空问格构结构,直接对其进行解析分析存在难度,因此首先从临界载荷相等的原理出发,推导四肢格构构件简化为实腹构件的惯性矩等效计算公式;然后,对各工况的臂架系统进行分析研究,通过建立挠曲线微分方程推导回转平面临界载荷的特征方程,并通过实例验证算法的合理性;最后,针对不同臂架系统的特点,分析各部件的结构参数对回转平面稳定性的影响,为实际工程设计提供参考;同时针对作业工况繁多、工作量大的情况,利用MATLAB建立批量计算稳定性的计算系统。论文的主要研究工作如下:(1)基于临界载荷相等的原理,研究格构构件实腹化的惯性矩等效方法,并通过实例验证所得公式的合理性。(2)根据铁摩辛柯弹性稳定理论,研究受非保向力作用的梁的临界载荷,分析仅有拉板牵引作用的主臂发生回转平面失稳的临界载荷求解方法。(3)分别对带腰绳辅助装置的臂架系统、单撑杆臂架系统、双撑杆臂架系统进行力学模型简化,得到各构件轴力,并在假设各部件发生回转平面失稳曲线的基础上,得到非保向力的轴向分力和侧向分力;然后,对各部件进行受力分析并分段建立挠曲线微分方程,通过边界条件和变形协调条件,求解得到各工况臂架系统的回转平面失稳临界载荷的特征方程,并进一步通过数值逼近求解的方法得到具体载荷值。基于此,分析臂架的结构特点,建立批量计算多工况臂架系统回转平面失稳临界载荷的计算系统。(4)从臂架系统回转平面稳定性的角度出发,分析腰绳的长度、安装角度和安装位置的影响,为腰绳设计提供参考;分析折线臂各部件结构参数的影响,给出副臂和撑杆回转平面惯性矩的推荐取值、撑杆长度的选取等,为折线型臂架系统的设计提供参考。


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