基于Hypermesh和Nastran聯合仿真的汽車起重機轉臺結構優化

周泉 龍鋁波 楊娟

摘 要：在proe中建立汽車起重機的轉臺模型，在hypermesh中建立轉臺有限元模型，并模擬現實，驗證應力和應變是否合格。針對應變過大的問題，應用此模型進行不同方案的優化，對比優化結果和增加的重量，獲得增強轉臺剛度的最優方案。

關鍵詞：起重機 轉臺結構優化

0、引言

汽車起重機是一種由支腿、車架、轉臺、吊臂四大部件構成的重要工程起重機，它具有機動性好、移動作業現場快、利用率高等優點，廣泛應用于港口、碼頭、車站、機場和一些建筑工地，主要用來裝卸和搬運貨物、建筑結構安裝以及建筑材料、預制構件的裝卸。作為汽車起重機最重要部件之一的轉臺，在起重機中起著承上起下的作用，在大載荷工作狀態下轉臺承受著該起重機的上車自重和吊重，其載荷形式包括縱向彎曲、扭轉、橫向彎曲，以及它們的組合，而且轉臺多采用由鋼板焊接而成的箱形薄壁結構，因此，轉臺是整臺起重機的薄弱環節，一旦轉臺主要結構出現破壞問題，將會導致整臺起重機產生致命的損傷。

在起重機吊重時，載荷的激勵可能會引起轉臺的疲勞，使轉臺的使用壽命降低，所以對轉臺進行剛度、強度分析，設計出滿足強度、剛度要求，質量輕結構合理的轉臺，對推動我國汽車起重機的發展具有非常重要的意義。

本文利用proe建模，hypermesh劃分網格，nastran計算的分析方法，獲得轉臺的應力和應變云圖，并通過對不同槽鋼和板厚進行結構優化，對比出在盡可能少的增加重量的前提下，能減小轉臺側向剛度的最優方案，從而使得上車實際運行更加平穩。該方法可為汽車起重機或者其它工程機械提供計算方法：

1.建模

針對某款汽車起重機，利用proe中基本建模工具，建立三維模型：

1.1有限元模型

整體轉臺采用面模型，轉臺座圈用實體模型，單元類型：薄板件為殼（2Dshell）單元、實體部分為八結點實體單元（座圈等厚板）利用有限元軟件hypermesh建立有限元模型

1.2添加約束

固定約束：固定座圈下表面。載荷：包括重力、卷揚力、配重力、變幅力和鉸點力和側載

1.3計算及結果顯示

轉臺應力滿足要求，但由于最大力矩工況轉臺側向位移較大，考慮增加側向剛度，減小側向位移

2.優化方案

2.1確定多種方案

2.2結果對比

2.3結果分析

分析以上四種方案側向位移減小和增加重量之間的關系

從增加重量對轉臺側向剛度的改善的貢獻值可以看出：方案一的貢獻值最大，也就是增加上斜槽鋼的板厚，對于減小轉臺側向剛度具有更加顯著的效果。而方案四的貢獻值最小，也就是增加座體后斜板的板厚，對于減小轉臺側向剛度具有最不明顯的效果，作用最差。

3.結論

汽車起重機的轉臺側向剛度關系到整個上車操作的平穩性和操控性，是直接和客戶的操作相關的設計參數，通過應用hypermesh軟件，將汽車起重機的轉臺進行了有限元建模及分析優化，得到如下結論：

1.減小側向剛度，增加上斜槽鋼的板厚能達到最明顯的效果。

2.減小側向剛度，增加下斜槽鋼的板厚效果次之。

3.減小側向剛度，增加座體后斜板的板厚效果最差。

結果中可以看出：為保證轉臺在最小重量的前提下，增加斜上槽鋼的板厚，更能提高轉臺的側向剛度，減小側向位移，從而提高整個上車作業和啟停的平穩性，達到最優化的設計。

參考文獻：

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