[發明專利]一種履帶起重機變截面腹桿交叉式桁架臂臨界力確定方法

在審

• 申請號: 202210002704.7
• 申請日: 2022-01-05
• 公開（公告）號: CN114580077A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 姚峰林;謝長開;周磊;李建東;李濤;李天成
• 申請（專利權）人: 太原科技大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F17/11;G06F111/04;G06F119/14
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本發明公開一種起重機變截面腹桿交叉式桁架臂穩定性臨界力確定方法，涉及履帶式工程起重機變截面臂架臨界力的求解公式及數值解法，屬于大型機械裝備的結構設計領域；本發明包括如下步驟：步驟1，建立變截面腹桿交叉式桁架臂力學模型；步驟2，針對步驟1當中的力學模型推導各點平衡穩定方程；步驟3，依據步驟2當中各點平衡穩定穩定方程建立變截面臂架平衡穩定方程；步驟4，根據數值解求解臨界力P，便于解決實際工程問題；本發明的目的是履帶起重機變截面腹桿交叉式桁架臂穩定性臨界力大小的確定方法，能夠準確確定履帶起重機的最大起重量，從而實現履帶起重機變截面臂架的簡化設計。

技術領域：

本發明涉及履帶式工程起重機臂架臨界力的便捷計算公式及數值解法，尤其涉及一種履帶起重機變截面臂架穩定性臨界力確定方法，屬于大型機械裝備的結構設計領域。

隨著國民經濟的快速發展，國民基礎建設對履帶起重機的需求越來越大。由于國內外各品牌在全球范圍內的激烈競爭，特別是大型履帶起重機的設計與制造技術集中在屈指可數的幾家大企業當中，也使得履帶起重機成為學者關注的熱點。

楊立軍等采用求解二階線性齊次微分方程的攝動法對變截面壓桿微彎平衡狀態下的平衡微分方程進行求解，結合邊界條件求取了變截面壓桿的臨界載荷。謝海等假設位移模式，對位移函數進行變分運算，采用彈性理論的最小勢能原理獲得了兩端簡支變截面柱的屈曲臨界荷載，并指出該方法適用于不同材料、不同邊界約束情況。張文福等基于應變能等效原則,推導得到變截面桁架柱的抗彎和抗剪剛度。通過能量變分法以及分解剛度法確定了變截面懸臂桁架的彎曲屈曲荷載。A. R. Rahai等對由多段等截面梁組成的變截面混合梁桿結構的穩定性進行研究，應用修正的振動模態和能量法計算了結構的失穩臨界力。以往的研究對起重機桁架臂的臨界載荷采用了各種方法進行研究，同時GB/T3811-2008中對于起重機變截面桁架臂采用等效慣性矩法或等效長度法進行求解計算。但過往的研究均未考慮腹桿抗彎對弦桿的限制作用，既將弦腹桿連接簡化為鉸接，腹桿作為連綴件起到連接弦桿的作用，弦桿承受所有的臨界載荷。因此照現有規范中軸心受壓構件穩定性校核公式設計弦桿非常保守，結構的性能沒有完全發揮出來，限制了結構輕量化的實現和起重機起重性能的提升。因此針對變截面桁架臂在考慮腹桿抗彎作用下對臂架的穩定性校核有待解決。

發明內容：

本發明的目的是履帶起重機變截面臂架臨界力大小的確定方法，能夠確定伸縮臂型起重機的最大起重量，其中臂架腹桿布置形式為腹桿交叉式布置。

本發明的目的是通過下述技術方案實現。

本發明公開的履帶起重機變截面臂架臨界力大小的確定方法，包括如下步驟：

步驟1，建立腹桿交叉式桁架臂力學模型；

所述履帶起重機腹桿交叉式變截面臂架模型如圖2所示，取其中一跨進行說明，弦桿ABC在AIC平面內有腹桿AI、CI對其進行約束，在DBE平面內有腹桿DB、EB對其進行約束；弦桿ABC在腹桿AIC平面與腹桿DBE平面均有發生失穩的可能性，但腹桿DB、EB在腹桿DBE平面對弦桿ABC的支撐作用遠遠強于腹桿AI、CI在AIC平面對弦桿ABC的支撐作用，使得弦桿ABC不易在腹桿DBE平面發生失穩，因此弦桿ABC最容易在腹桿平面AI2.發生失穩，建立腹桿平面AIC如圖3、圖4所示；

桁架臂發生屈曲的平面建立XOY坐標系，其中P為作用在桁架弦桿上的軸向力,M_i(i=1,2,3)為在軸向力作用下各點彎矩，θ_i(i=1,2,3)為各點彎矩作用下各點轉角，δ為在軸力作用下弦桿撓度，β為變截面桁架傾角。

步驟2，針對步驟1當中的力學模型推導各點平衡穩定方程

基于鐵摩辛柯梁柱理論建立各點轉角平衡方程如下所示：

A點轉角：

（1）

B點左側轉角：

（2）

B點右側轉角：

（3）

C點轉角：

（4）