高空作業(yè)車工作臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 畢業(yè)論文.doc

徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)高空作業(yè)車工作臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析1目錄第一章緒論.41.1高空作業(yè)車的概況及其發(fā)展方向.41.2高空作業(yè)車組成.51.2.1工作機(jī)構(gòu).51.2.2金屬結(jié)構(gòu).51.2.3動(dòng)力裝置.61.2.4控制系統(tǒng).61.3GKZ型高空作業(yè)車的概況.61.3.1整機(jī)結(jié)構(gòu)簡介.61.3.2高空作業(yè)臂.71.3.3作業(yè)車作業(yè)狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù).81.4課題的提出.81.5本課題所要研究的具體任務(wù).91.6本課題研究的意義.9第二章高空作業(yè)車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).102.1材料的選擇.102.2計(jì)算上、下臂的長度.112.3確定油缸鉸點(diǎn)的位置.122.3.1確定上臂油缸鉸點(diǎn)的位置.122.3.2確定下臂油缸鉸點(diǎn)的位置.132.4上臂截面尺寸的確定.132.4.1對上臂進(jìn)行受力分析.132.4.2計(jì)算上臂截面尺寸.142.4.3對上臂進(jìn)行強(qiáng)度效核.162.5下臂截面尺寸的確定.182.5.1對下臂進(jìn)行受力分析.182.5.2計(jì)算下臂的截面尺寸.212.5.3對下臂進(jìn)行正應(yīng)力效核.22第三章高空作業(yè)臂有限元分析.253.1概述.253.2載荷條件及分析工況說明.263.2.1載荷條件.263.2.2分析工況.263.3上臂的有限元分析.273.3.1上臂的實(shí)體建模.273.3.2有限元分析.283.4下臂的有限元分析.323.4.1下臂的實(shí)體建模.323.4.2有限元分析.32第四章總結(jié).37致謝.38參考文獻(xiàn).39徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)高空作業(yè)車工作臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析2高空作業(yè)車工作臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析摘要：高空作業(yè)車是用來運(yùn)送工作人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行作業(yè)的特種車輛。本文主要以“GKZ型高空作業(yè)車”上、下臂結(jié)構(gòu)為研究對象，對上、下臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和ANSYS有限元分析。本文主要闡述了根據(jù)高空作業(yè)車的最大作業(yè)高度12米，在滿足作業(yè)高度的前提下，進(jìn)行高空作業(yè)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：首先根據(jù)使用要求選擇作業(yè)臂材料的類型；其次根據(jù)最大作業(yè)高度確定上、下臂的長度；再經(jīng)過受力分析利用強(qiáng)度來確定臂的截面尺寸及油缸的鉸接位置；再進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的校核，查看作業(yè)臂的尺寸是否符合要求；利用PRO/E軟件進(jìn)行上、下臂實(shí)體建模，通過PRO/E軟件的輸出端口和ANSYS軟件的輸入端口，將實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS軟件中。在ANSYS軟件中，先定義工作臂的單元類型為實(shí)體單元“SolidBrick8node45”；其材料屬性定義為：彈性模量為2.1e11，泊松比為0.3，鋼的密度為37850kg/m。進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，采用了ANSYS提供的最常用的網(wǎng)格劃分控制工具“MeshTool”中的“SmartSizeControls”，網(wǎng)格劃分的值越小得到的結(jié)果越好，但網(wǎng)格太細(xì)會(huì)占用大量的分析時(shí)間，造成資源浪費(fèi)，由于上、下臂的尺寸較大，而厚度較小，為提高計(jì)算效率，在網(wǎng)格劃分密度時(shí)，選取值為4。然后，施加均布載荷和約束，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度分析，確定危險(xiǎn)截面或危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力分布及變形。根據(jù)有限元分析結(jié)果，找出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不合理因素，提出改進(jìn)方案，并對改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，對兩種分析結(jié)果進(jìn)行比較。最后畫出作業(yè)臂總裝圖及上、下臂零件圖。關(guān)鍵詞：高空作業(yè)車；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；有限元分析；ANSYS徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)高空作業(yè)車工作臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析3AerialvehiclearmofAerialworkplatformstructuredesignandfiniteelementanalysisAbstract：AerialvehiclearmofAerialworkplatformisaspecialvehiclewhichcarriesoperatorsandtoolstotheaerialappointplaceforwork，Inthispaper,“GKZhigh-altitudevehiclesinthe”upperandlowerarmstructureoftheresearchobject,right,underarms,structuraldesignandFiniteElementAnalysis.Thispaperelaboratedonthebasisofaerialvehicleoperationslargest16metershigh,tomeetthehighoperatingonthepremisethatforhigh-altitudeoperationsarmofstructuraldesign:Firstchoiceundertherequirementsoftheuseofoperatingarmofthetypesofmaterials；Second,basedontheheightofthelargestoperationstodeterminetheupperandlowerarmlength；AfterAnalysistodeterminetheintensityofuseofthearmsectionsizeandfueltanksarticulatedposition；furtherstrength,stiffness,StabilityofVerification,checktheoperatingarmsizewhetheritmeetstherequirements；PROEsoftwareusingtheupperandlowerarmentitymodeling,PROEsoftwarethroughtheoutputportsandANSYSinputports,EntityModelintoANSYSsoftware.InANSYS,firstdefinitionofthemodulesworkarmtypeofentityunitSolidBrick8node45；materialproperties:thedefinitionofelasticmodulusof2.1e11,thePoissonsratioof0.3,thedensityofsteel.Formesh,ANSYSusedforthemostcommonlyusedmeshcontroltoolMeshTooloftheSmartSizeControls,meshsmallerthevaluethebettertheresults.Butmeshtoosmallwilloccupyagreatdealofanalysistime,resultinginawasteofresources,sincetheupperandlowerarmofalargersize.thicknessandsmaller,toincreasetheefficiencyofthecomputation,themeshdensity,theselectedvalueoffour.Then,imposeuniformloadsandconstraints,structuralstrengthandrigidity,identifyhazardousordangeroussectionthestressdistributionanddeformation.Accordingtothefiniteelementanalysis,structuraldesigntoidentifytheirrationalfactorsthatimprovementprogramalsoimprovedthestructureoffiniteelementanalysis,theanalysisofbothresults.Finallypaintoperationsarmassemblydiagramandtheupperandlowerpartsarmmap.Keywords：AerialvehiclearmofAerialworkplatform；Structuraldesign；Finiteelementanalysis；ANSYS徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)高空作業(yè)車工作臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析4第一章緒論1.1高空作業(yè)車的概況及其發(fā)展方向高空作業(yè)車又稱登高平臺(tái)消防車，廣泛用于建筑、市政、電訊、機(jī)場、工廠、園林、住宅等場所，從事消防、搶險(xiǎn)救災(zāi)、施工、安裝、維護(hù)等工作。其中，供消防部門用于滅火、輔助滅火或消防救援，是最主要的一個(gè)功能。高空作業(yè)車是用來運(yùn)送工作人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行作業(yè)的特種車輛，是將高空作業(yè)裝置安裝在汽車底盤上組成的。高空作業(yè)裝置包括高空作業(yè)臂、起重工作臂、起升機(jī)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)還有操縱裝置等部分組成?，F(xiàn)在的高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、自動(dòng)調(diào)速、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了空中作業(yè)的工作效率。高空作業(yè)車按工作臂的型式，有四種基本型式，分別為：垂直升降式、折疊臂式、伸縮臂式和混合臂式。垂直升降式高空作業(yè)車的升降機(jī)構(gòu)只能在垂直方向上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，承載能力強(qiáng)，但作業(yè)范圍小，作業(yè)高度低，這種結(jié)構(gòu)型式應(yīng)用比較少。折疊臂式高空作業(yè)車工作臂之間的連接全部采用鉸接型式，所以國外又把它叫做鉸接式高空作業(yè)車。折疊臂高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)適合于較低作業(yè)高度的車型，如要加大作業(yè)高度，必然要增加臂長或增加工作臂數(shù)量，增加臂長會(huì)使作業(yè)車體積龐大，降低靈活性；增加工作臂數(shù)量會(huì)造成操作繁瑣，安全性降低。伸縮臂式的高空作業(yè)車在行駛狀態(tài)時(shí)，工作臂縮回套疊，工作時(shí)伸出，可以有效增大作業(yè)高度，同時(shí)具有工作效率高、操作簡單、動(dòng)作平穩(wěn)等特點(diǎn)?；旌媳凼礁呖兆鳂I(yè)車工作臂之間既有鉸接，也有伸縮，是折疊臂式和伸縮臂式高空作業(yè)車的結(jié)合，它綜合了兩種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)，工作性能最好，但結(jié)構(gòu)也最為復(fù)雜。高空作業(yè)車是利用汽車底盤作為行走機(jī)構(gòu)，具有汽車的行駛通過性能，機(jī)動(dòng)靈活，行駛速度高，可快速轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到作業(yè)場地后能迅速投入工作，因此被越來越多的應(yīng)用在工程建設(shè)、工業(yè)安裝、設(shè)備檢修、物業(yè)管理、航空、船舶、石化、電力、影視、市政