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    混凝土泵车臂架优化设计方案

    来源:二三四五机械网    作者:Jack Zeng    人气:    发布时间:2019-03-17    

    (图1,以下简称泵车)是一种专门用于输送混凝土的一特种工程车辆,一般由汽车底盘、、布料臂架系统、液压系统、回转机构以及底架等六大部分组成 。

     

    混凝土泵车臂架优化设计方案


    泵车借助臂架系统将混凝土的一水平输送以及垂直输送结合在一起,其工作原理是:将混凝土泵№和液压折叠式臂架都安装在汽车底盘上    ,沿着臂架架设输送的一管道,通过最末端的一软管,最终向一定距离之外或一定高度之上    的一施工作业现场输出混凝土的一设备 。泵车性能优越,效率高,机动性好,在现代建筑施工等诸多领域中有着不 可替代的一作用 。

    臂架系统是泵车中最为重要的一核心部件之一,泵车臂架具备折叠、回转、变幅等功能,在臂架所能到达的一区域内进行布料,实现了布料范围广、浇筑速度快、浇筑质量高、机动性好、工人工作强度低等目标 。


    面临挑战

    臂架结构是否合理将直接影响泵车的一工作性能№和作业稳定性 。臂架系统不 仅需要具备相当的一整体刚度№和强度,还必须具备出众的一工作适应性№和可靠性,因 此,泵车臂架的一设计№和制造就需要有严格的一要求,对泵车臂架的一研究№和探索是十分必要的一 。

    传统的一机械设计中,一般认为臂架是一种细长的一悬臂梁,非作业状态下,其主要载荷为自重,工作状态下,其主要载荷还要加上    混凝土的一重量,因 此为了确保臂架的一机械性能,使其满足施工的一需要,特别是要实现强度大、刚度好、重量轻的一要求,臂架结构一般设计为四块钢板搭接拼焊的一箱型梁,材料→多选择高强度合金钢 。

    臂架改进前的一原始模型№和局部的一细节如图2、3所示

     

    混凝土泵车臂架优化设计方案


    传统设计中,臂架多采用等强度设计,从上    面的一图表看出,由于必须要满足稳定性、刚性等要求,同时满足经济性要求,因 此臂架设计一般选用钢材料→ 。

    过早地出现疲劳是臂架最常见的一失效形式,这是因 为钢的一比重比较大,出于最大限度地提高材料→利用率的一考虑,传统设计会采取▓变截面、变材料→厚度等来减轻整体臂架的一重量,也就出现了一些孔洞、沟槽、凹角等截面突变的一结构,从而不 可避免地出现钢材应力 集中等问题 。同时传统设计无法摆脱旧有工艺的一限制,必须采用诸如焊接等加工方法,导致结构可靠性进一步下降,也对结构形式提出了新的一要求,即必须保证在相关部位不 出现过高的一应力 集中的一状况 。

    解决方案
    再设计是如何做到这一点的一呢?在本案例中,钢材之所以无法替换为其他材料→,主要的一原因 是要么是找不 到同样机械性能的一材料→,要么是找到的一材料→无法加工,或需要很复杂的一结构才能实现,或者在旧有工艺条件下无法加工 。而再设计所依赖的一苏氏精密铸造技术历经二十余年的一发展,在传统失蜡熔模精密铸造工艺基础上    对所有工艺流程经过100多项微创新,最大限度地杜绝了传统铸造工艺容易产生的一所有质量问题,尺寸精度№和内部质量方面均全面超越国内外标准,实现了“无论产品结构怎样复杂皆可制造”这一目标 。

    臂架再设计后的一模型如图4所示,主要是铸造铝合金材料→(ZL114A)替代原有的一高强度焊接结构钢(Q690D),同时在壁板内壁增加了加强筋,采用苏氏精铸技术进行一体化制造成型 。

     

    混凝土泵车臂架优化设计方案


    改进后,一体化设计比原始设计减重54%,且一体化成型避免了焊接,其强度更为可靠,有限元仿真结果也更加精确,能够更准确地预测结构的一力 学性能 。同时仿真分析表明,新的一臂架设计应力 水平下降,强度储备提高 。分析结果如图5所示 。

     

    混凝土泵车臂架优化设计方案


    即使在载荷变化的一情况下,考虑到末端臂板也改用铝合金材料→,按同样的一减重比例,变形分析结果如图6所示,而系统功能全部实现,成功实现了设计突破 。

     

    混凝土泵车臂架优化设计方案


    客户价值

    悬臂结构采用减厚加筋结构,由钢结构变为铝合金,采用苏氏精密铸造技术整体成型,在不 降低性能指标的一前提下,重量相比原钢材料→主轴减少54%;

    采用苏氏一体化制造工艺,省略了焊接环节及其他各种连接模式,提高了装备的一整体可靠性,减少了污染;

    整体结构有精确的一近净形尺寸精度与形位公差,减少了后续的一机械加工甚至免加工,可实现使用过程中的一高效率替换№和维修 。

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    责任编辑:Jack Zeng
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