升降车吊臂的轻量化     佛山升降车出租, 佛山升降车公司, 佛山升降车租赁  吊臂是汽车升降车的重要组成部分。由于伸缩臂截面类型及各截面尺寸参数较多，在设计臂架时往往不能使满足吊载工况时的臂架自重最轻，而臂架的自重对吊载有重大影响。 因此，对吊臂进行优化研究就显得格外重要。  

     早期升降车的设计只局限于人工计算，按照经验公式进行分析，尤其对吊臂的应变分析，计算难度大且精度较低。本文提出了一种尺寸优化与拓扑优化相结合的优化方法，对某100t汽车升降车的吊臂进行优化设计，在满足刚度强度的条件下，减轻了升降车的质量，对汽车升降车的轻量化研究提供了一定的参考价值。

    尺寸优化与拓扑优化都属于结构优化，此外还有形状优化。尺寸优化主要以结构的几何尺寸作为设计变量，如杆的截面积、板的厚度等。 形状优化是选取结构形状或节点位置作为设计变量; 拓扑优化则是选取结构元件的有无作为设计变量， 为0－1型逻辑变量.   尺寸优化是减轻吊臂质量的有效方法，故本文利用Matlab中的Fmincon函数对吊臂进行尺寸优化，使其质量减轻。优化目标函数尺寸优化包含目标函数. 设计变量以及约束条件等三要素，本文选取吊臂自重为目标函数，由于减小壁厚减轻质量的余量并不是很大，故没有必要将吊臂厚度作为设计变量，可凭设计经验适当减小 。故将壁厚由8mm减为7mm。  各节臂长度Li 分别为12.8m、8.8m、8.8mm、8.8m、 8.8m。  根据吊臂受力条件，分别考虑吊臂的刚度约 )刚度约束条件  对吊臂伸长至最长端即全伸臂进行分析，将竖直向变化最大的主梁中心进行位移约束，吊臂在变幅平面内的 臂端最大位移. 

   2，在回转平面内的臂端最大位移f2≤0.07   吊臂在全伸臂时臂长为48m，故臂端最大位移f1≤2304mm,f1≤16128mm。  强度约束条件 ，升降车材料为 Q345 ，取安全系数 n=1.5，得到许用应力  =  0.5σ s  根据第四强度理论，可以得出  边界约束  边界约束又称为区间约束，它规定了设计变量的取值范围，对于升降车各杆件的截面参数， 根据型钢的尺寸标准，设计变量的约束范围定为 上下变化 15% 。  可知，吊臂原重 7.02t，经过优化后重量为5.98t，减少了1.04t，吊臂优化效果明显，且吊臂应力虽有所增加，但仍小于许用应力，满足强度要求 。 

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   2  吊臂拓扑优化:  吊臂经过尺寸优化后得到了最佳的截面尺寸， 以该截面尺寸建立吊臂三维模型，并利用 Hy-  permesh  软件进行网格划分。  文中所述吊臂采用的材料是Q345 钢，其弹性模量为2.06×105 MPa， 泊松比0.28 ，密度为 7850kg/m  

   3  吊臂拓扑优化后材料分布  本文采用六面体网格划分方法，利用高阶三 维 20 节点 Solid186 单元划分网格，使网格形状尽 可能规则，避免网格畸形，最终得到节点总数为 795052 ，单元总数为 128076 ，将划分好的模型导  入到 AnsysWorkbench 中，选择全伸臂水平工况对吊臂进行整体拓扑优化 。  

 

    在 AnsysWorkbench 中输 入吊臂所用材料的密度和重力加速度，程序便根据输入的单元类型、实常数，自动将单元载荷因子的信息计入总载荷进行计算。对于载重力，作为集中载荷作用于伸缩吊臂头部，施加在吊臂头部。  

根据吊臂实际工作情况，在吊臂根部与转台连接处添加 x、y、z 轴的平动约束与y、z 轴的旋转约束，释放铰接处绕销轴中心的旋转即绕x轴旋转的自由度。各节臂之间采用NoSeperation 进行连接，将拓扑优化结果做平滑处理。  

   2  可知，只有基本臂材料分布对吊臂质量影响较大，同时吊臂承载较大，应力要求较高，故只改变基本臂材料分布，其余各节臂材料分布不变 。  

   3  强度刚度验证 将重新建立的有限元模型导入 AnsysWork-bench 进行静力分析，可见吊臂强度满足要求，且最大位移 处为吊臂前端，前端位移为 373mm ，小于许用位移量，满足足够的刚度要求。  

   4  结论  将尺寸优化与拓扑优化相结合，为大型随车升降车的轻量化研究提供了一种新的优化方法。 首先利用 Matlab 软件工具箱的Fmincon 函数对吊臂的截面进行尺寸优化，然后使用 AnsysWorkbench 软件根据优化的模型进行拓扑优化，进 一步对吊臂的整体材料分布进行优化。 根据实际 工况条件合理选择材料分布，经过验证，优化后  的吊臂同时满足强度、 刚度要求，且质量减少了16.5%，表明该方法合理可靠。 

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