起重機箱型吊臂設計要點分析

安徽柳工起重機有限公司 安徽蚌埠 233000

箱型吊臂在業內以組成結構嚴密，穩定性極佳等特點被人們所熟知。以汽車起重機上的應用最為廣泛。汽車起重機箱體內部設有存儲伸縮液的壓缸，用于結構支撐的滑塊以及吊臂的各個節臂組成，轉臺和根部之間形成鏈接，使吊臂能夠在一定幅度內進行自由旋轉和滑動。在設備本身嚴密結構的要求之下，需要相關的的工作人員具有相應的技術水平，才能夠發揮出起該重機的最佳性能，解決工作環境中的各種復雜狀況。同時在起重機箱型吊臂的不同工作狀態下，加強其結構的設計研發，完善設備的不足之處，為工程的進行提供可靠支持。

1 起重機吊臂的綜合概述

起重機在工程建設之中的應用極其廣泛，對提高項目質量，節省人工勞力，加快工程的推進等方面都有一定的幫助。吊臂作為起重機的核心部位，在起重機結構優化中顯得極其重要。隨著當代計算機技術不斷發展，將傳統設計中的吊臂設計技術與虛擬建模等多種技術相互結合，降低起重機技術使用門檻，使起重機在原有旋轉，升降控制的基礎上能夠實現更加精準化、科學化的控制。當前起重機箱型吊臂依據其變幅長度可以分為伸縮式和定長式兩類。依據使用場景的不同選取不同的吊臂種類。伸縮式吊臂與定長式吊臂的不同在于通過采用堅韌的鋼絲繩在頂部進行牽引，最后實現伸縮功能的實現。二者在整個結構中基本相同，基本臂設為直臂。可折疊的中間臂節使臂根的位置降低，讓底座轉臺能夠分布更加均衡。汽車起重機本身受到尺寸和空間的限制，采用伸縮臂的設計模式是現有方案下最佳的選擇。頂部實現長度變化，增加使用場景。采用液壓技術，在不削減起重機的吊臂質量的同時，增加起重機的穩定性，防止在高強度的工作下發生側翻，吊臂斷裂等事故的發生[1]。

近些年來隨著世界工業化，機械化水平的不斷提高，世界范圍內起重機行業的競爭愈發激烈。市場中的部分中小型或具有一定規模的企業在不斷的競爭歷程被淘汰或收購。尤其是在國內基建不斷擴大的背景，現有市場下各類工程對于起重機仍然存在大量需求。同樣加劇了各企業之間通過不斷擴大市場規模，占據市場份額的慘烈競爭。汽車起重機具有靈活，工作效率高等特點。在災后修復環境建筑和常見的工業生產上都能夠發揮積極作用。在早期的汽車起重機中大多使用的是較為傳統的機械驅動的方式。隨著液壓技術的不斷發展，液壓伸縮型吊臂逐步代替了傳統模式中的起重方式。以德國、日本為首的發達國家以及歐洲具有完整工業設計鏈的國家制造的起重機在市場中受到廣泛的的好評。我國企業在起重機吊臂的設計領域中還處于落后狀態。這就也要求國內的設計人員，不斷地吸收國外的優秀經驗，結合國內實際應用的詳情，設計具有中國工業生產特點的起重機機箱吊臂。以滿足未來眾多基建以及工業生產的各種需求，打破傳統發達國家在此方面的壟斷。

2 起重機箱吊臂設計結構分析

起重機由底座和吊臂兩部分組成部分，其中以吊臂為實際生產工作的核心。常規工作情況下吊臂的工作狀態有三種常規負載，偶然負載，特殊負載。吊臂在工作的不同場景將會擁有不同的負載狀態。常規負載是實際生產過程中遇到最多的負載狀態。同時也是吊臂設計需要考慮的主要狀態。常規負載決定了該起重機的預設使用場景。重力影響和器械產生的驅動力綜合產生的負載狀態是常規負載主要考慮因素。同時考慮到由工作生產過程中加速度的影響也會產生一定的負載。這部分負載相比其他因素而言對設備的整體運行的影響較小，但仍需要考慮到吊臂結構設計的考慮因素之中，保證起重機吊臂設計運行的穩定性。偶然負載是指在實際生產過程中可能會產生的額外負載。其中以各類型特殊天氣為代表的自然因素為主。在實際的生產過程中，在不良天氣下進行施工操作是業內常態。考慮到不良天氣對起重機設備的影響，起重機吊臂設計在材料的選取，整體結構的穩定性上進行考慮，應滿足在異常天氣的工作能夠正常進行，防止起重機吊臂各關節部分發生銹化現象。特殊負載是指在非正常工作過程中額外產生的的負載。此類負載極其考驗吊臂結構的設計是否足夠保證運行的安全穩定。其中常見情況有超額運輸，意外側翻，碰撞事故等多種情況。當此類特殊情況的發生，吊臂的結構設計首要保證的是相關工作人員的生命安全，吊臂結構設計不產生額外的威脅生命安全因素。以吊臂斷裂為例，當超額負載導致單節或多節吊臂發生斷裂時，整個起重機能夠在斷裂后的設備基礎上保持整體的穩定性，不會因為不平衡產生二次側翻事故威脅到相關工作人員的生命安全。在起重機設計過程中考慮到多種負載模式下的吊臂設計，當前結構設計中以順序伸縮型，同步伸縮型，獨立伸縮型3 種為主。順序伸縮型吊臂結構的質量最低，是三種設計模式較為靈活，設計制造價格也是最為便宜的類型。同步伸縮型吊臂結構的特點是在相同臂展結構中，其負載能力和起重性能是較為優秀的。獨立型吊臂結構是當前最重的結構，相比于其他吊臂結構來說需要更加多的驅動力以及更穩定的底座支持。當然它的負載性能和穩定性方面表現非常優秀。從結構進行分析，起重機的吊臂設計需要進行多種因素下的綜合考量，從穩定性，安全性，負載額度等多角度實現綜合創新[2]。

3 起重機箱吊臂設計數學模型分析

計算機模擬技術的發展促進了起重機吊臂設計的高效進行。打破常規模式對實際演示的缺乏，通過調整起重機吊臂自身結構和重量之間的配比，實現結構更合理，工作效率更加高效的目標。通過建立數學模型對當前吊臂設計結構進行處理，再使用計算機進行模擬分析。首先以吊臂重量、基本臂的截面大小、吊臂頂端的可伸縮范圍等吊臂結構中的數據設置成為數學模型內的相關參數，添加有關局部及整體穩定性下的基本要求，選取涉及力學結構的數學算法，組成該吊臂設計的完整數學模型。其中，吊臂自身重量是建立數學模型中的核心指標之一，以吊臂自身重量作為函數首要變量，材重比，某一節臂橫截面積和對應長度作為次要變量，共同組成為有關穩定性的函數。吊臂采用具有較強承載能力的矩形箱型結構。同時對各節臂的材料厚度和質量進行測量計算。根據設備未來使用場景和以往的設計經驗，對兩節臂之間的空間進行預留，保證起重機吊臂在實際工作進程中能夠進行靈活操控。基本要求中的局部穩定性和整體穩定性分別體現在吊臂頂端伸縮長度，吊臂水平旋轉額度，節臂蓋板穩定性的要求中，根據不同部分的實際要求對數學模型進行調整。在計算機中建立相應的數學公式，帶入起重機實際的吊臂數據得到頂端伸縮最大長度限制和吊臂水平旋轉額度，確定設備的適用范圍。節臂蓋板穩定性則需要分別在公式中帶入二號節臂和三號節臂的相關數據，得到節臂穩定性系數。再從吊臂整體穩定性的角度對整個節臂結構進行軸向力的雙向彎矩與橫向受力的構件分析，同時對整體的穩定性進行驗算，最終達到起重機吊臂的最佳比例。通過建立數學模型進行模擬計算能夠直接體現出吊臂自重和結構之間的配比關系，逐步減輕自重，減小基本臂的截面尺寸，提高截面寬厚度比值，實現吊臂的負載和穩定性的最終提高。同時，針對實際工程中可能存在吊臂損壞、器械側翻、起重機調度等多種情況，同樣可以采取建立數學模型的方式進行處理。首先在箱型起重機的各個節點之處設有相關傳感器，隨后模擬吊臂損壞、器械側翻等情況發生的過程。集合事故發生時起重機上預設傳感器的參數變化，對部分節臂，底座等關鍵節點的數據變化進行分析。建立數學模型得到起重機各個部分對于事故發生的影響，并依據數據將對應結構進行優化。當前大環境下，在箱型起重機設計中應用計算機技術對原有的設計環節進行革新，減少工作人員的計算量，使設計過程更加直觀，得到的設計結構更加堅實可靠。最終通過科學規范的方式，合理的設計環節減少因結構重量配比和起重機結構不合理導致局部事故發生[3]。

4 結語

我國起重機箱型吊臂設計落后已經成為當前行業發展過程中需要突破的問題。面臨市場內部大量的需求和國內外激烈的競爭。隨著時間不斷推進，采用計算機技術終將成為起重機吊臂設計領域中的一個重要的技術支持。針對起重機吊臂設計的重點難題。以建立數學模型的方式，讓相關工作人員能夠在設計中專注于吊臂的結構比例，使其更加堅實可靠。提高起重機的工作效率，讓企業獲取能更高的經濟效益。同時讓我國起重機吊臂設計在結構配比，經濟成本，工作效率等多個方面達到最佳平衡，形成領域內的競爭力。