论文混凝土泵车臂架系统瞬态动力响应研究

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1、混凝土泵车臂架系统瞬态动力响应研究徐睿（鞍山海目星科技有限公司，辽宁鞍山114000）【摘要】以某5节臂46米混凝土泵车臂架为研宄对象，以ANSYS软件为工具，建立了泵车臂架有限元计算模型。考虑输送混凝土时混凝土泵的周期冲击和混凝土对输料管的冲击（混凝土对输料管的摩擦力及本身质量的影响），分析了臂架系统在典型工况吋启动过程的瞬态动力响应，包括动应力、动位移响应仿真云图和典型节点的动应力时间历程曲线。计算结果表明，启动过程的瞬态位移响应和动应力响应是影响泵车施T质量和结构疲劳寿命的关键。还分析了动载冲击和混凝土排量对结构瞬态响应的影响。【关键词】混凝土泵车；臂架系统；瞬态动力学；动载冲击

2、；混凝土排量混凝土泵车工作吋混凝土泵交替循环动作，不断地将混凝土压送至浇注位置，这种交替动作使混凝土泵车承受周期性的激励力，从而引起臂架系统振动，这种振动不仅影响浇注作业，而且会引起臂架结构疲劳破坏。考虑到启动过程中混凝土泵的周期推动力和混凝土对输料管的冲击（混凝土对输料管的摩擦力和混凝土本身的质量的影响），其振动明显人于穂定工作状态，为保证泵车臂架系统的使用性能和疲劳寿命，有必要对其进行瞬态动力学分析。一、有限元模型建立及静力计算1.有限元模型建立混凝土泵车臂架系统是由转台、臂架、连杆、支承汕缸和输料管组成，输料管通过托架与臂架连接。通过分析可知，臂架系统最危险的工况为臂架全部水平仲

3、展，也是承受弯矩最大的时候。本文所研宂的臂架长度尺寸fzJo如图1所示，其屮Li=9170mmL2=7960mm,L3=7960mm，L4=7850mm,L5=7920mm。建立臂架系统主耍构件的有限元模型，采用空间板壳单元模拟转台和臂架，对于输料管、托架、支承汕缸以及连杆采用空间梁单元模拟，对于销连接采用接触单元模拟，连接销采用实体单元模拟，共划分板壳单元18954个，梁单元567个，接触对的0标申•元9208个，接触对的接触单元5235个，实体单元6740个，节点50301个，建立的有限元模型如图2所示。-5-2系什夺3元嗖圣(1)选取臂架上的结构件自重载荷和工作载荷的动载荷系数为

4、1.25。静强度分析吋，施加的载荷有钢结构自重、混凝土重量和风载(250Pa)。用梁单元模拟混凝土充满料管时的混凝土和输料管，且该单元密度为两种材料的等效密度(体积等效成输料管的体积)。其计算方法如下：式中，p—等效密度；—输送管密度，取/9,7.85X103岵/m3;，—混凝土密度，取4X103kg/m3；%.—革位长度输料管内混凝土的体积；—单位长度输料管体积。2.静强度结果分析将5节臂由根部到最前端依次定义为臂架1、臂架2、臂架3、臂架4和臂架5。由有限元静强度分析可知，应力较大部位山现在臂架1和臂架2,臂架1应力最大点位于油缸支座处，为452MPa，如阁3;臂架2应力最大点也位

5、于油缸支座处，为434MPa,如图4。冬J拜架丨应力云茱*4锊架2应力云苓二、瞬态动力学分析瞬态动力学分析中，载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较明显。1.瞬态动力学分析理论用有限元模型来理想化实际连续体，不管结构的形式如何，也不管研宂的是平面振动问题还是空间振动问题，其运动方程式最终都可理想化为如K的多白由度质量一一弹簧体系的运动方程式：MH“〃}+:+［K］{“}={F（z）}⑵式中，［M］,［C］分别为各单元的质量、刚度和阻尼矩阵；{u''},{ir},{u}分别表示单元节点的加速度、速度及位移列阵；为激励力列阵。式（2）是以位移函数列矢量为未知量的耦合微分方程组，既是时间

6、的函数又是空间坐标的函数。为了求解，可对矢量实行变量分离，将它分离为一系列仅与时间f有关的变量％（0（乂称为广义坐标）和仅与坐标（*、＞，、z）有关的矢量似},.的乘积之和，即{w}=7：+92（/）!^?2+L+grt（/）{^}tt=Ob{^?2/UCqi（/）%＜/）＜/）JT=:*］{（/（，）}⑶式中，［0］相当于无阻尼振型矩阵，忪（，）}为线性组合因子列阵，从而强迫位移矢量变成了各振型矢量与组合因子乘积的叠加。将式（3）代入式（2）,可得::cm（t、、+:o］{（/，）}=、分⑴'⑷将式（4）两边乘以并考虑振型和阻尼存在正交性，即j=（＞r{^7EK］{^=（）f{^EC

7、l{^=（）M=Krt=Mr,w2jw/Tc］⑷/=Ci式中，［从」、kJ、［c„］分别为广义质量、广义刚度和广义阻尼，仍为自振频率。同时考虑它们的广义矩阵（均为对角阵）[