混凝土泵车臂架动力学仿真与优化

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随着工程机械技术的发展,混凝土泵车在基础建设领域应用范围越来越广泛。混凝土泵车利用泵送机构能将混凝土从给料处泵送至布料的臂架系统,并根据浇筑需要进行浇筑作业,因此臂架系统是实现混凝土浇筑作业的最核心组成部件之一。泵车整体工作环境比较恶劣,在浇筑过程中会产生臂架抖动现象,恶劣工况也会导致臂架疲劳损伤或者断裂。因此,通过对臂架系统进行动力学仿真实验研究,分析臂架系统振动产生的原因是十分有必要的。本文的主要研究对象是泵车臂架系统,首先详细介绍了臂架系统的结构特征,建立臂架系统刚柔耦合模型并对模型进行了动力学仿真分析;然后通过分析影响结构强度的因素,提出了优化臂架厚度和改进局部结构的解决方案,在结构强度得到满足的情况下,减轻臂架系统整体重量;最后对臂架系统的振动进行仿真分析。本文的主要研究工作如下:(1)首先建立臂架系统的3D模型,利用Adams对臂架系统进行刚柔耦合仿真研究,分析弹性变形对泵车臂架系统所产生的影响。通过对比可知,臂架系统的刚柔耦合模型的质心速度曲线、质心位移曲线与刚体模型相比发生了很大改变,各节臂架产生了不同程度的振动变形,且臂架系统在运动过程中存在一定程度的横向位移;柔性臂架的速度曲线变化剧烈,说明臂架系统在运动过程受到了冲击效应,而这种冲击现象是无法根除的,对臂架系统的稳定安全运行产生了不利影响。(2)然后对臂架系统进行强度分析,通过分析臂架的静力学模型,得到各节臂架的应力云图以及位移云图。由云图分布可知,臂架产生的最大等效应力为336.1MPa,满足臂架强度要求。在满足臂架强度要求的前提下,优化臂架厚度,减小臂架系统整体重量,节约设计制造成本。(3)最后对原始臂架系统模型和优化后的臂架系统模型进行动力学仿真,得到臂架系统1~6阶固有振动频率及振型变化。优化前,臂架系统的一阶固有频率0.47Hz落在激振频率0.3Hz~0.5Hz内,可能会产生共振现象;优化后,使臂架系统一阶固有频率避开共振区域,避免共振现象的产生。
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