混凝土泵车臂架有限元分析

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发布时间：2021-09-17

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混凝土泵车臂架有限元分析
朱祥华，高翔，王寅晓
(江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212013)
摘要：根据处于全伸水平位置的混凝土泵车臂架的受力情况，建立有限元模型，简化后施加载荷与约束，计算臂架的
位移与应力云图；并进行模态分析，得到固有频率和振型；对油缸连杆机构进行参数优化，仿真结果表明油缸的长度及推
力均有明显减小。
关键词：泵车臂架；连杆机构；有限元；优化设计
中图分类号：0242．21 文献标识码：A 文章编号：1001—3881(2012)5—138—5
FiIlite Element Analysis on the Boom System of a Concrete Pump M ounted on Truck
ZHU Xianghua．GAO Xiang。W ANG Yinxiao
(School of Automobile and Traffic Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang Jiangsu 212013，China)
Abstract：Based on the stress condition of the boom system under the fully—unfold and horizontal position，the finite element
model was established． Simplifying the local micro—structure of booms and adding exerted forces and constraints，both the displace—
ment contours and the stress Contours of the boom system were calculated． The natural frequencies and the vibration models were
obtained through model analysis． The p~ametem of the cylinder—rod mechanism were optimized．The simulation results show the cylin—
der len~h and push pressure are reduced significantly．
Keywords：Pump truck boom；Link mechanisms；Finite element；Optimization design
混凝土泵车臂架是泵车设计和制造的关键部件，
臂架结构的合理与否将直接影响整车的工作性能和作
业稳定性。混凝土泵车的工况复杂，臂架的结构复
杂、受力多样，混凝土主要通过臂架系统连续不断地
泵送到浇注点，臂架性能的好坏直接影响混凝土浇注
质量。泵车泵送工作中，车体振动导致臂架振动较
大，且臂架动应力分布随臂架姿态的调节而变化。混
凝土泵车臂架系统的基本臂后铰点与转台相连，臂架
通过各变幅油缸的伸缩运动和多个四连杆机构来实现
其在作业范围内的工作。就臂架结构特点和受力形式
而言，臂架全伸水平工况为最危险工况。文中通过对
某48 m混凝土泵车臂架结构进行有限元计算与分析，
详细了解混凝土泵车工作时各臂架应力分布情况和危
险区域，全面掌握臂架在最危险作业工况下的应力分
布、变形情况和固有频率分布范围，并对油缸连杆机
构进行参数优化，研究结果为评价臂架的强度和结构
设计提供了依据。
1 有限元模型的建立
1．1 有限元模型的简化
根据臂架系统的实际结构，臂架模型简化为节臂
板、输料管、油缸、节臂间连杆机构和输送管与布料
杆节臂之间托架5个部分。导入臂架系统的Pro／E三
维实体模型，运用HYPERMESH进行中面提取和几
何处理，并划分网格。具体处理如下：
运用ANSYS中SHELL181壳单元模拟1_5节臂
板和连杆机构；用PIPE16管单元模拟输料管；用
LINK180杆单元模拟油缸和输料管；用BEAM188梁
单元模拟托架；节臂与连杆、连杆与连杆的销轴连接
是通过建立LINK180单元和BEAM188单元模拟。对
于节臂上一些小构件，如销钉、焊点等，由于其不是
主要承载结构且质量很小，在有限元模型中省略。
连杆的圆孔可以根据需要简化成圆筒或圆环，如
图1所示。在有贴板的圆环部位可以通过构建多层圆
环来模拟贴板，而不是仅仅增加厚度，以避免应力集
中，如图2所示。