隨著大噸位起重機(jī)產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)，高強(qiáng)度鋼板被大量應(yīng)用，吊臂強(qiáng)度也大幅上升，但若發(fā)揮全部材料的強(qiáng)度，吊臂結(jié)構(gòu)變形也會(huì)加大。變形增大的結(jié)果，將使吊臂軸向力引起的彎矩成為一個(gè)無(wú)法忽略的因素。所以，在非線性條件下，就需要應(yīng)用新的算法，在考慮吊臂的變形情況下對(duì)吊臂進(jìn)行重新設(shè)計(jì)計(jì)算。

    吊臂設(shè)計(jì)非線性計(jì)算

    1.幾何建模

    為了實(shí)現(xiàn)吊臂計(jì)算程序化、通用化，需要將吊臂幾何形狀、物理狀態(tài)等參數(shù)化，這主要包括以下3部分：⑴吊臂截面幾何形狀，通過(guò)角度、邊長(zhǎng)等尺寸進(jìn)行確定;⑵確定各節(jié)臂質(zhì)量、長(zhǎng)度以及重心位置;⑶確定性能參數(shù)，包括單繩起升速度、起升滑輪組倍率等。

    2.非線性迭代計(jì)算流程

    以柳工QY70型汽車(chē)起重機(jī)吊臂為例進(jìn)行計(jì)算。該起重機(jī)主起重臂由基本臂和4個(gè)伸縮臂組成，伸縮方式為順序加同步伸縮方式。

    先對(duì)吊臂進(jìn)行受力分析。在變幅平面內(nèi)，吊臂所受載荷有:⑴吊重;⑵臂架自重;⑶起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩拉力。計(jì)算吊臂上各危險(xiǎn)截面彎矩時(shí)，要加上各力在軸向上的分力與軸向力臂的乘積。

    在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)進(jìn)行受力分析。吊臂所受載荷有:⑴吊重偏擺載荷;⑵風(fēng)載;⑶臂架自重;⑷起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩拉力。同樣，計(jì)算吊臂各危險(xiǎn)截面彎矩時(shí)也需要考慮上述載荷的軸向分力引起的彎矩。

    迭代過(guò)程假設(shè)吊臂仰角不變，通過(guò)臂端撓度的變化來(lái)進(jìn)行反饋迭代。

    通過(guò)賦初值，先計(jì)算各危險(xiǎn)截面處彎矩和橫向力，然后通過(guò)材料力學(xué)求撓度和轉(zhuǎn)角公式，求各節(jié)臂的撓度和轉(zhuǎn)角，通過(guò)累加，由此可求出吊臂總的撓度。將此撓度和初始撓度比較，如果滿足設(shè)定條件，則輸出各截面的彎矩、橫向力和軸向力，如果不滿足，則將此撓度賦給上一次的撓度，并返回重新計(jì)算彎矩、橫向力，并求出新的總撓度。以此循環(huán)，直至前后兩次循環(huán)得出的撓度滿足我們?cè)O(shè)定的條件，則認(rèn)為吊臂已經(jīng)平衡，所得出的值為在吊臂變形平衡后的值�；剞D(zhuǎn)平面計(jì)算思路與變幅平面相同。

    在循環(huán)過(guò)程中，是以總撓度的變化作為判定條件的，而總撓度是通過(guò)求各節(jié)臂的撓度和轉(zhuǎn)角來(lái)求得的，撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式通過(guò)實(shí)際模型用材料力學(xué)公式推導(dǎo)求得。

    3.進(jìn)行強(qiáng)度、局部穩(wěn)定性校核

    用非線性迭代方法求得了各危險(xiǎn)截面的彎矩、橫向力和軸向力，由此則可以求出吊臂截面上各點(diǎn)的應(yīng)力值。嚴(yán)格按照起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T3811的有關(guān)內(nèi)容，進(jìn)行吊臂局部穩(wěn)定性和強(qiáng)度的計(jì)算，并用各自的許用應(yīng)力進(jìn)行校核。