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　　隨著汽車起重機(jī)起吊性能的越來越大，起重臂截面形式從最原始的四邊形截面逐步的發(fā)展到多邊形截面，進(jìn)而發(fā)展到U形截面，截面形式不斷優(yōu)化。

　　U形截面臂在有效減輕起重臂自重的同時(shí)，能最大限度地發(fā)揮材料的力學(xué)性能，從而提高大噸位汽車起重機(jī)在大幅度、高起升高度情況下的起重性能。與此同時(shí)還解決了局部容易失穩(wěn)的問題，大大的提高了起重機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。

　　一、伸縮式臂架截面形式的分析

　　目前，汽車起重機(jī)的起重臂截面形式主要有四邊形、六邊形、八邊形、十二邊形、U形和橢圓形。

　　四邊形截面是由翼緣板和腹板焊接而成的，它制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，具有良好的抗彎剛度，適用于強(qiáng)度比較低的材料;對(duì)于高強(qiáng)度材料不能充分發(fā)揮材料的承載能力，不能很好地傳遞扭矩和橫向力，需設(shè)附加支承;而且在四個(gè)角點(diǎn)處最容易產(chǎn)生應(yīng)力集中;底板、腹板受較大的壓應(yīng)力作用，常出現(xiàn)局部失穩(wěn)。一般用于中小噸位的輪式起重機(jī)。

　　為了避免上述不利因素，提高腹板的穩(wěn)定性，研制出了六邊形及其它多邊形截面。這些截面的共同點(diǎn)是采用大圓弧過渡，腹板高度減小，受力狀況得到改善。而且這些截面實(shí)際計(jì)算寬度較小，有利于提高局部抗失穩(wěn)能力。前后滑塊均支承在四角處，伸縮臂各板不產(chǎn)生局部彎曲，且能較好地傳遞扭矩與橫向力，這些多邊形截面的伸縮臂能較好地發(fā)揮材料機(jī)械性能，減輕結(jié)構(gòu)自重。因此這些截面形式被普遍的采用。

　　橢圓形截面是一種受力較理想的吊臂截面形式，其截面上彎板為大圓弧槽形板，下彎板為橢圓形槽形板，且由下向上收縮，其重量?jī)?yōu)化，抗扭性能顯著，具有獨(dú)特的穩(wěn)定性和抗屈曲能力。適用于高強(qiáng)度材料，能充分發(fā)揮材料的性能，但是該截面需要側(cè)向支承，制造工藝復(fù)雜，吊臂在彎型技術(shù)上的難度大，需要大型的折彎?rùn)C(jī)等專業(yè)化配套設(shè)備，而且對(duì)焊接質(zhì)量要求相對(duì)較高，目前尚未被普遍采用。

　　U形截面是經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算得出的較為合理的截面形式，其截面上彎板為大圓角槽型彎板，下彎板為U形槽型彎板。通過對(duì)比分析，U形截面臂有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　1.U型截面的橫向抗彎剛度和抗扭剛度優(yōu)于其它截面形式;

　　2.U型側(cè)板的上半部拉應(yīng)力較大，提高了側(cè)板的穩(wěn)定系數(shù);

　　3.U形的下底板有利的提高了抗局部失穩(wěn)的能力;

　　4.在起重性能相同的情況下，U形截面的起重臂降低了起重臂的重量，提高了汽車式起重機(jī)的起重性能;

　　5.U型截面伸縮臂在套接處有較小的應(yīng)力和較好的應(yīng)力分布;

　　6.在相同的截面積、相同受力情況下，U型截面起重臂極大提高了其抗變形能力。

　　二、U形伸縮吊臂優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的設(shè)定

　　鑒于U形截面臂的諸多優(yōu)點(diǎn)，北方交通20T以上新一代起重機(jī)的臂架普遍采用U型截面。以凱帆牌QY50U汽車起重機(jī)的伸縮吊臂為例，首先是QY50U的吊臂優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的設(shè)定。

　　第一步建立參數(shù)化模型，即建立參數(shù)化有限元分析模型;

　　第二步提取截面特性參數(shù)和面積參數(shù);

　　第三步生成優(yōu)化分析文件;

　　第四步是定義設(shè)計(jì)變量、狀態(tài)變量及目標(biāo)函數(shù)，選擇吊臂的截面特性作為狀態(tài)變量，其截面面積作為目標(biāo)函數(shù);

　　第五步是進(jìn)行優(yōu)化，并獲得優(yōu)化結(jié)果;

　　第六步對(duì)所得截面尺寸的吊臂再用有限元法精確校核吊臂的強(qiáng)度、剛度及局部穩(wěn)定性;

　　若這些條件不滿足，則需調(diào)整設(shè)計(jì)變量的上、下限，再運(yùn)行上述優(yōu)化過程，直至滿足要求。采用這樣的優(yōu)化方法就避免了將有限元分析過程作為優(yōu)化分析文件帶來計(jì)算量很大、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。

　　具體到每節(jié)臂的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題,考慮兩個(gè)非常重要的工況：基本臂工況和全伸臂工況。由基本臂工況通過優(yōu)化設(shè)計(jì)確定基本臂截面尺寸和壁厚，并由各節(jié)臂之間的間隙確定其余各節(jié)臂的截面尺寸，然后再由全伸臂工況確定其它節(jié)臂的壁厚。