內容摘要：本文通過對泵車布料桿的有限元計算與分析，給出了布料桿在最危險工況下的位移和應力分布情況，為泵車的布料桿設計和改進提供了理論依據(jù)。
關鍵詞：泵車　布料桿　有限元
　　混凝土泵車是目前土建工地現(xiàn)場混凝土澆注中不可或缺的機械設備，其功能是將攪拌好的混凝土通過泵送和布料桿傳送到需要澆注的部位，完成混凝土構件現(xiàn)場澆注的工序。而泵車的布料桿是泵車設計和制造的關鍵，布料桿結構的合理與否將直接影響整車的工作性能和作業(yè)穩(wěn)定性。長期以來，我國的泵車布料桿都是整體從國外進口的，但隨著國內泵車市場競爭的加劇和產(chǎn)品利潤空間的縮小，近幾年國內的泵車企業(yè)紛紛開始了布料桿的自制工作。如何設計并制造出既滿足工作需要又重量最輕的布料桿是每個混凝土泵車生產(chǎn)廠家重點攻關的課題。經(jīng)過幾年的努力，徐州重型機械廠在泵車布料桿的設計理論和技術方面有了一定的突破，本文采用ＡＮＳＹＳ軟件對我廠自行設計制造的ＨＢ３７型混凝土泵車布料桿進行了有限元分析。
　　１．ＨＢ３７型混凝土泵車簡介
ＨＢ３７型混凝土泵車是一種用于混凝土連續(xù)澆筑施工的現(xiàn)代化建筑設備。它具有機動靈活、準備時間短、施工效率高、施工質量好和環(huán)境污染小等特點。被廣泛應用于橋梁、電廠、鋼廠、水處理廠等大型基礎設備及高層建筑中。其主要技術參數(shù)如下：
理論泵送量（ｍ３／ｈ） １３８／１００
泵送能力（Ｍｐａ．ｍ３／ｈ） ６９５
泵送次數(shù)（次／分鐘） ２７／１８
最大布料高度（ｍ） ３６６
最大布料半徑（ｍ） ３２６
最大布料深度（ｍ） ２５
泵送混凝土壓力（Ｍｐａ） ８７／１３
ＨＢ３７混凝土泵車安裝在沃而沃ＦＭｌ２－６Ｘ４底盤上，其關鍵技術有：閉式回路液壓系統(tǒng)；雙變量液壓泵；等強度布料桿；無線遙控電器操縱系統(tǒng)等等。
　　２．布料桿的結構
　?。龋拢常繁密嚥剂蠗U采用“Ｒ”型折疊方式，共有四節(jié)。第一節(jié)長度為８８６０ｍｍ，第二節(jié)長度為７９６０ｍｍ，第三節(jié)長度為７９６０ｍｍ，第四節(jié)長度為７８５５ｍｍ。材料選用屈服強度７００Ｎ／ｍｍ２的進口高強度鋼板，同時組成布料桿的還有四個變幅油缸、三組四連桿機構和輸送管支架等。布料桿通過各變幅缸的伸縮運動和多個四連桿機構來實現(xiàn)其在作業(yè)范圍內的工作。
　?。常剂蠗U有限元模型的建立
　　３．１有限元模型
徐州重型機械廠所設計的產(chǎn)品均采用ＰＲＯ／Ｅ設計，因而布料桿有限元分析的實體建模也是在ＰＲＯ／Ｅ上完成的，相比ＡＮＳＹＳ軟件的前處理功能，ＰＲＯ／Ｅ的實體建模要快速和方便得多。在布料桿建模時，我們充分考慮了后續(xù)有限元模形中單元的選擇及邊界條件的處理。在不影響整體計算結果的前提下，對某些地方的局部結構作適當?shù)男薷暮秃喕?。如各?jié)臂變幅缸鉸點處的立板和加強板位置、某些板與板之間的對接等。
布料桿臂與臂之間是通過軸、連桿機構以及變幅油缸連接在一起的，所以有限元建模時，分別把每節(jié)臂作為一個整體。根據(jù)臂的結構特點我們選擇ＳＨＥＬＬ９３八節(jié)點結構殼單元為主要網(wǎng)格單元，這種單元在單元平面的兩個方向上，變形的形狀都是二次的，因此有足夠的計算精度。再輔以實體元、梁單元、桿單元和剛體元來模擬輸送管支架、油缸、連桿和銷軸等零部件。網(wǎng)格劃分時，為保證最終結果的求解精度，在某些區(qū)域進行網(wǎng)格細分，如圓孔和加強板附近、結構過渡區(qū)域等，通過調整單元尺寸來控制網(wǎng)格劃分的單元質量。整個布料桿共形成單元２８７２３個，其中殼單元有２７４６４個。
　　３．２約束和加載
就布料桿的受力而言，顯然在布料桿水平全伸時的工況為最危險工況。所以，布料桿強度分析時僅考慮這一最危險工況。布料桿的約束包括約束一節(jié)臂與回轉平臺鉸點中除變幅平面內轉動自由度以外的其它五個自由度、變一油缸與回轉平臺鉸點處的三個位移自由度，同時通過節(jié)點位移偶合來實現(xiàn)各節(jié)臂與軸、連桿、油缸之間的連接關系。
布料桿所受載荷主要有各節(jié)臂的自重、工作載荷、牽引載荷、風載等。自重是體積力，在設定乘動載系數(shù)的重力加速度后，軟件自動附給單元。工作載荷和牽引載荷則經(jīng)過計算等效到輸送管支架的各節(jié)點。風載是面載荷，按２５０ｐａ的值加在布料桿實體模型的側面。
　　４．計算結果與分析
有限元求解后，首先校核反力與施加的載荷是否平衡，以驗證計算結果的正確性。求解得到的最大位移為３０２５ｍｍ，在布料桿最前端。各節(jié)臂前后鉸點的相對位移為：
基本臂：１３３．６９ｍｍ 二節(jié)臂：４７６．６９ｍｍ
三節(jié)臂：１０４６．９４ｍｍ 四節(jié)臂：１３６８．１ｍｍ
可以看出從基本臂到四節(jié)臂，鉸點相對位移依次增加，這一方面是由于各節(jié)臂的剛度，更主要是由臂的轉角位移引起的。
在去除某些奇異點如集中載荷點、模型角點等的應力后，各節(jié)臂的最大應力值為：
　　從計算結果可以看出，布料桿四節(jié)臂的應力最小。其余基本臂、二節(jié)臂和三節(jié)臂的高應力區(qū)大都分布于各節(jié)臂的兩端，尤其是二節(jié)臂的兩端應力最大。這與布料桿實際使用