內(nèi)容摘要：本文通過對(duì)泵車布料桿的有限元計(jì)算與分析，給出了布料桿在最危險(xiǎn)工況下的位移和應(yīng)力分布情況，為泵車的布料桿設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了理論依據(jù)。
關(guān)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(chǎng)混凝土澆注中不可或缺的機(jī)械設(shè)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(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)澆注的工序。而泵車的布料桿是泵車設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵，布料桿結(jié)構(gòu)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(zhǎng)期以來，我國(guó)的泵車布料桿都是整體從國(guó)外進(jìn)口的，但隨著國(guó)內(nèi)泵車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇和產(chǎn)品利潤(rùn)空間的縮小，近幾年國(guó)內(nèi)的泵車企業(yè)紛紛開始了布料桿的自制工作。如何設(shè)計(jì)并制造出既滿足工作需要又重量最輕的布料桿是每個(gè)混凝土泵車生產(chǎn)廠家重點(diǎn)攻關(guān)的課題。經(jīng)過幾年的努力，徐州重型機(jī)械廠在泵車布料桿的設(shè)計(jì)理論和技術(shù)方面有了一定的突破，本文采用ＡＮＳＹＳ軟件對(duì)我廠自行設(shè)計(jì)制造的ＨＢ３７型混凝土泵車布料桿進(jìn)行了有限元分析。
　?。保龋拢常沸突炷帘密嚭?jiǎn)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(shè)備。它具有機(jī)動(dòng)靈活、準(zhǔn)備時(shí)間短、施工效率高、施工質(zhì)量好和環(huán)境污染小等特點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用于橋梁、電廠、鋼廠、水處理廠等大型基礎(chǔ)設(shè)備及高層建筑中。其主要技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)有：閉式回路液壓系統(tǒng)；雙變量液壓泵；等強(qiáng)度布料桿；無線遙控電器操縱系統(tǒng)等等。
　　２．布料桿的結(jié)構(gòu)
　?。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(zhǎng)度為８８６０ｍｍ，第二節(jié)長(zhǎng)度為７９６０ｍｍ，第三節(jié)長(zhǎng)度為７９６０ｍｍ，第四節(jié)長(zhǎng)度為７８５５ｍｍ。材料選用屈服強(qiáng)度７００Ｎ／ｍｍ２的進(jìn)口高強(qiáng)度鋼板，同時(shí)組成布料桿的還有四個(gè)變幅油缸、三組四連桿機(jī)構(gòu)和輸送管支架等。布料桿通過各變幅缸的伸縮運(yùn)動(dòng)和多個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)其在作業(yè)范圍內(nèi)的工作。
　　３．布料桿有限元模型的建立
　?。常庇邢拊Ｐ?br/> 徐州重型機(jī)械廠所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品均采用ＰＲＯ／Ｅ設(shè)計(jì)，因而布料桿有限元分析的實(shí)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(shí)體建模要快速和方便得多。在布料桿建模時(shí)，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(jì)算結(jié)果的前提下，對(duì)某些地方的局部結(jié)構(gòu)作適當(dāng)?shù)男薷暮秃?jiǎn)化。如各節(jié)臂變幅缸鉸點(diǎn)處的立板和加強(qiáng)板位置、某些板與板之間的對(duì)接等。
布料桿臂與臂之間是通過軸、連桿機(jī)構(gòu)以及變幅油缸連接在一起的，所以有限元建模時(shí)，分別把每節(jié)臂作為一個(gè)整體。根據(jù)臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)我們選擇ＳＨＥＬＬ９３八節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)殼單元為主要網(wǎng)格單元，這種單元在單元平面的兩個(gè)方向上，變形的形狀都是二次的，因此有足夠的計(jì)算精度。再輔以實(shí)體元、梁?jiǎn)卧U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(shí)，為保證最終結(jié)果的求解精度，在某些區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)分，如圓孔和加強(qiáng)板附近、結(jié)構(gòu)過渡區(qū)域等，通過調(diào)整單元尺寸來控制網(wǎng)格劃分的單元質(zhì)量。整個(gè)布料桿共形成單元２８７２３個(gè)，其中殼單元有２７４６４個(gè)。
　?。常布s束和加載
就布料桿的受力而言，顯然在布料桿水平全伸時(shí)的工況為最危險(xiǎn)工況。所以，布料桿強(qiáng)度分析時(shí)僅考慮這一最危險(xiǎn)工況。布料桿的約束包括約束一節(jié)臂與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸點(diǎn)中除變幅平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度以外的其它五個(gè)自由度、變一油缸與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸點(diǎn)處的三個(gè)位移自由度，同時(shí)通過節(jié)點(diǎn)位移偶合來實(shí)現(xiàn)各節(jié)臂與軸、連桿、油缸之間的連接關(guān)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(fēng)載等。自重是體積力，在設(shè)定乘動(dòng)載系數(shù)的重力加速度后，軟件自動(dòng)附給單元。工作載荷和牽引載荷則經(jīng)過計(jì)算等效到輸送管支架的各節(jié)點(diǎn)。風(fēng)載是面載荷，按２５０ｐａ的值加在布料桿實(shí)體模型的側(cè)面。
　　４．計(jì)算結(jié)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(yàn)證計(jì)算結(jié)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(diǎn)的相對(duì)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(diǎn)相對(duì)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(zhuǎn)角位移引起的。
在去除某些奇異點(diǎn)如集中載荷點(diǎn)、模型角點(diǎn)等的應(yīng)力后，各節(jié)臂的最大應(yīng)力值為：
　　從計(jì)算結(jié)果可以看出，布料桿四節(jié)臂的應(yīng)力最小。其余基本臂、二節(jié)臂和三節(jié)臂的高應(yīng)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(yīng)力最大。這與布料桿實(shí)際使用