随车起重机水平支腿搭接比及截面参数对强度影响的分析

随车起重机水平支腿搭接比及截面参数对强度影响的分析

刘明, ,吴文通, 陈天阳

江苏宏昌天马物流装备有限公司

摘要：本文推导了水平支腿截面应力的理论计算公式，并提取出搭接比值、截面高度与宽度比值两个变量；针对某一吨位机型，利用理论推导公式计算出以上两个变量分别对水平支腿应力的影，结果表明，随着搭接比的增大，截面应力降低的幅度会减小，随着截面高度与宽度比值的增大，截面应力降低的幅度不变；另外，在降低相同数值的应力条件下，通过增大搭接比所增加的水平支腿质量要小于增大高宽比值的方式，应力增量越大，两种方式增加的质量差值越大。

关键词：搭接量；高宽比值；应力；workbench

1前言

汽车起重机进行吊装作业时，需要通过支腿来确保整车的稳定性，同时整机吊载时的重量也依靠支腿进行平衡，因此通过一定的理论分析，并采取最优的方式确保支腿强度，对于整机性能的保证至关重要。针对汽车起重机支腿强度的优化，太原重工技术中心的于潜利用Ansys对起重机支腿进行了优化设计，获得最优的支腿形状及板厚，在满足支腿强度要求的同时，有效节省了材料，降低了成本[1]；林志军、曾远等人建立了活动支腿的有限元模型，利用Ansys软件对活动支腿进行了强度分析，得到了活动支腿上应力较大的区域和应力分布规律[2]；

本文利用推导出的水平支腿应力公式，提取了搭接比、截面高度与宽度比值两个重要的设计变量，分别研究了这两个变量对水平支腿截面应力的影响趋势，结果表明，通过合理选取搭接比及高宽比值不仅能够满足强度要求，还可以达到轻量化设计的目的。

2水平支腿受力分析

2.1  水平支腿截面应力公式推导

图1                                    图2

对水平支腿受力分析，截面弯矩如下：

，

式中，：垂直支腿受到垂直向上的支撑力；

：至截面的距离。

水平支腿总长，

令，则，所以，

式中，：水平支腿搭接长度与支腿总长的比值。

支腿截面对轴的惯性矩=

式中，

：上下盖板厚度；

：侧板厚度；

：侧板高度；

：上下盖板宽度

截面的高度和宽度的比值

截面正应力：

式中，：截面截面系数；

截面的切应力：

式中，：作用在垂直支腿上的支反力；

：截面上下盖板面积；

截面的应力：

把得到关于变量为宽高比、搭接量的应力函数

即，

2.2  实例分析

以12吨随车起重机水平支腿为例，对截面应力值进行计算，考察搭接量和截面高度与宽度的比值对截面应力的影响。

考虑到水平支腿强度、整机稳定性及水平油缸安装空间等，边界条件如下：搭接长度：，截面高度：，垂直支腿支反力，计算结果如下图所示。

图3                                 图4

图3表示水平支腿截面复合应力增量随搭接比值的变化趋势图。从图中可以看出，截面高宽比相同时，随着搭接比的增加，截面复合应力增量逐渐增大，即截面复合应力逐渐减小，而且应力的减小幅度逐渐减小，当搭接比达到0.4时趋于平缓。当搭接比相同时，随着截面高宽比的增加，截面等效应力增量逐渐增大，即截面复合应力逐渐减小；随着搭接比的增加，不同截面高宽比所对应的应力增量差值不变。

图4表示水平支腿截面高宽比及搭接比时，质量增量分别随应力增量的变化曲线图。从图中可以看出，为降低水平支腿截面应力值，通过增加搭接比的方式所增加的质量小于增加高宽比的方式，且随着应力差值的不断增大，两者质量差距越来越大。

结合上述分析可知，通过增加截面高宽比值及增加搭接比均可以降低水平支腿截面应力；但是增加水平支腿搭接比效果更明显，更有利于实现轻量化的目的。

3 结论

1、水平支腿截面高宽比相同时，随着搭接比的增加，水平支腿截面等效应力相应降低，但是搭接比越大，截面等效应力降低的幅度就越小，因此，当搭接比达到一定值后，通过增加搭接比来降低水平支腿等效应力的效果就不明显了。

2、当搭接比相同时，随着截面高宽比的增加，水平支腿截面的等效应力增量逐渐增大，即水平支腿的截面应力逐渐减小，而且其应力减小值与高宽比的变化成近似线性关系。

3、通过增加截面高宽比或增加搭接比均可以降低水平支腿截面应力，在水平支腿截面应力增量相同的条件下，通过增加搭接比的方式所增加的质量小于增加高宽比的方式，且随着应力差值的不断增大，两者质量差距越来越大，因此，在一定搭接比范围内，通过增加水平支腿搭接比更有利于实现轻量化的目的。

参考文献：

[1] 于潜.基于ANSYS的起重机支腿优化设计[J]. 机械管理开发，2020，35(8)：1-3.

[2] 林志军，曾远，李晓斌，等. 基于ANSYS的小型移动吊车支腿有限元分析[J].河南科技，2018

    (10)：75-76.

作者简介：刘明，男，1987年生，现从事直臂随车起重机设计工作；