A45折臂式自行走高空作业平台强度分析与结构优化

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折臂式自行走高空作业平台是一款多功能的高空作业设备,具有效率高、操作简单、运行平稳等特点,目前主要应用于高空维修、清洗与安装等场合。由于此款高空作业平台通过载人进行作业,所以必须要保证其安全性,并且在满足安全性的前提下,还要使其结构更加经济合理。因此,针对折臂式自行走高空作业平台强度与结构优化分析的理论方法展开探讨对推动我国高空作业平台的发展具有积极意义。本文从A45折臂式自行走高空作业平台的力学分析、强度分析与结构优化等方面进行研究,推导出有效的理论方法,为折叠式高空作业平台的结构分析与优化提供理论支撑。本文的主要工作内容如下:(1)采用传统静力学方法对飞臂变幅液压缸、调平液压缸、伸缩臂变幅液压缸的推力进行分析;采用静力学方法和虚位移原理法对折叠臂变幅液压缸推力进行分析,将两种方法所得结果进行对比分析,结果表明使用静力学方法得到的结果应用在工程实际中更偏于安全;推导出各液压缸推力随变幅角度之间的表达式,并利用MATLAB绘制各液压缸推力随变幅角度变化的曲线图,得到各液压缸所需最大推力及其变幅角度。(2)在液压缸推力分析的基础上,采用自上而下的方式依次计算飞臂、伸缩臂及折叠臂的铰点力,分析出各臂架潜在的危险工况,为工作臂有限元强度分析做准备。(3)利用SoildWorks软件对A45高空作业平台建立三维模型,对A45工作臂计算模型进行划分,将模型导入ANSYS Workbench软件中进行前处理和应力求解,根据应力结果来校核飞臂、伸缩臂、折叠臂等工作臂的强度是否满足要求,明确工作臂的危险工况及危险点,为下一步结构优化提供依据。(4)建立以调平误差最小为目标函数的六变量优化数学模型,考虑几何空间位置约束、三角形约束、液压缸伸缩比约束等约束条件,采用MATLAB软件中的遗传算法优化工具箱对其优化,使其调平误差最小,提高工作平台操作人员的安全性。(5)以伸缩臂整体作为研究对象,采用SolidWorks软件对其进行参数化建模。以伸缩臂的结构尺寸作为优化设计参数,以伸缩臂的最大应力小于许用应力作为约束条件,以伸缩臂总质量最小作为目标函数,采用响应面法对设计变量范围内的设计点进行搜索优化,使伸缩臂满足强度要求的前提下质量最小。
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