起重机箱型吊臂设计要点分析

安徽柳工起重机有限公司 安徽蚌埠 233000

箱型吊臂在业内以组成结构严密，稳定性极佳等特点被人们所熟知。以汽车起重机上的应用最为广泛。汽车起重机箱体内部设有存储伸缩液的压缸，用于结构支撑的滑块以及吊臂的各个节臂组成，转台和根部之间形成链接，使吊臂能够在一定幅度内进行自由旋转和滑动。在设备本身严密结构的要求之下，需要相关的的工作人员具有相应的技术水平，才能够发挥出起该重机的最佳性能，解决工作环境中的各种复杂状况。同时在起重机箱型吊臂的不同工作状态下，加强其结构的设计研发，完善设备的不足之处，为工程的进行提供可靠支持。

1 起重机吊臂的综合概述

起重机在工程建设之中的应用极其广泛，对提高项目质量，节省人工劳力，加快工程的推进等方面都有一定的帮助。吊臂作为起重机的核心部位，在起重机结构优化中显得极其重要。随着当代计算机技术不断发展，将传统设计中的吊臂设计技术与虚拟建模等多种技术相互结合，降低起重机技术使用门槛，使起重机在原有旋转，升降控制的基础上能够实现更加精准化、科学化的控制。当前起重机箱型吊臂依据其变幅长度可以分为伸缩式和定长式两类。依据使用场景的不同选取不同的吊臂种类。伸缩式吊臂与定长式吊臂的不同在于通过采用坚韧的钢丝绳在顶部进行牵引，最后实现伸缩功能的实现。二者在整个结构中基本相同，基本臂设为直臂。可折叠的中间臂节使臂根的位置降低，让底座转台能够分布更加均衡。汽车起重机本身受到尺寸和空间的限制，采用伸缩臂的设计模式是现有方案下最佳的选择。顶部实现长度变化，增加使用场景。采用液压技术，在不削减起重机的吊臂质量的同时，增加起重机的稳定性，防止在高强度的工作下发生侧翻，吊臂断裂等事故的发生[1]。

近些年来随着世界工业化，机械化水平的不断提高，世界范围内起重机行业的竞争愈发激烈。市场中的部分中小型或具有一定规模的企业在不断的竞争历程被淘汰或收购。尤其是在国内基建不断扩大的背景，现有市场下各类工程对于起重机仍然存在大量需求。同样加剧了各企业之间通过不断扩大市场规模，占据市场份额的惨烈竞争。汽车起重机具有灵活，工作效率高等特点。在灾后修复环境建筑和常见的工业生产上都能够发挥积极作用。在早期的汽车起重机中大多使用的是较为传统的机械驱动的方式。随着液压技术的不断发展，液压伸缩型吊臂逐步代替了传统模式中的起重方式。以德国、日本为首的发达国家以及欧洲具有完整工业设计链的国家制造的起重机在市场中受到广泛的的好评。我国企业在起重机吊臂的设计领域中还处于落后状态。这就也要求国内的设计人员，不断地吸收国外的优秀经验，结合国内实际应用的详情，设计具有中国工业生产特点的起重机机箱吊臂。以满足未来众多基建以及工业生产的各种需求，打破传统发达国家在此方面的垄断。

2 起重机箱吊臂设计结构分析

起重机由底座和吊臂两部分组成部分，其中以吊臂为实际生产工作的核心。常规工作情况下吊臂的工作状态有三种常规负载，偶然负载，特殊负载。吊臂在工作的不同场景将会拥有不同的负载状态。常规负载是实际生产过程中遇到最多的负载状态。同时也是吊臂设计需要考虑的主要状态。常规负载决定了该起重机的预设使用场景。重力影响和器械产生的驱动力综合产生的负载状态是常规负载主要考虑因素。同时考虑到由工作生产过程中加速度的影响也会产生一定的负载。这部分负载相比其他因素而言对设备的整体运行的影响较小，但仍需要考虑到吊臂结构设计的考虑因素之中，保证起重机吊臂设计运行的稳定性。偶然负载是指在实际生产过程中可能会产生的额外负载。其中以各类型特殊天气为代表的自然因素为主。在实际的生产过程中，在不良天气下进行施工操作是业内常态。考虑到不良天气对起重机设备的影响，起重机吊臂设计在材料的选取，整体结构的稳定性上进行考虑，应满足在异常天气的工作能够正常进行，防止起重机吊臂各关节部分发生锈化现象。特殊负载是指在非正常工作过程中额外产生的的负载。此类负载极其考验吊臂结构的设计是否足够保证运行的安全稳定。其中常见情况有超额运输，意外侧翻，碰撞事故等多种情况。当此类特殊情况的发生，吊臂的结构设计首要保证的是相关工作人员的生命安全，吊臂结构设计不产生额外的威胁生命安全因素。以吊臂断裂为例，当超额负载导致单节或多节吊臂发生断裂时，整个起重机能够在断裂后的设备基础上保持整体的稳定性，不会因为不平衡产生二次侧翻事故威胁到相关工作人员的生命安全。在起重机设计过程中考虑到多种负载模式下的吊臂设计，当前结构设计中以顺序伸缩型，同步伸缩型，独立伸缩型3 种为主。顺序伸缩型吊臂结构的质量最低，是三种设计模式较为灵活，设计制造价格也是最为便宜的类型。同步伸缩型吊臂结构的特点是在相同臂展结构中，其负载能力和起重性能是较为优秀的。独立型吊臂结构是当前最重的结构，相比于其他吊臂结构来说需要更加多的驱动力以及更稳定的底座支持。当然它的负载性能和稳定性方面表现非常优秀。从结构进行分析，起重机的吊臂设计需要进行多种因素下的综合考量，从稳定性，安全性，负载额度等多角度实现综合创新[2]。

3 起重机箱吊臂设计数学模型分析

计算机模拟技术的发展促进了起重机吊臂设计的高效进行。打破常规模式对实际演示的缺乏，通过调整起重机吊臂自身结构和重量之间的配比，实现结构更合理，工作效率更加高效的目标。通过建立数学模型对当前吊臂设计结构进行处理，再使用计算机进行模拟分析。首先以吊臂重量、基本臂的截面大小、吊臂顶端的可伸缩范围等吊臂结构中的数据设置成为数学模型内的相关参数，添加有关局部及整体稳定性下的基本要求，选取涉及力学结构的数学算法，组成该吊臂设计的完整数学模型。其中，吊臂自身重量是建立数学模型中的核心指标之一，以吊臂自身重量作为函数首要变量，材重比，某一节臂横截面积和对应长度作为次要变量，共同组成为有关稳定性的函数。吊臂采用具有较强承载能力的矩形箱型结构。同时对各节臂的材料厚度和质量进行测量计算。根据设备未来使用场景和以往的设计经验，对两节臂之间的空间进行预留，保证起重机吊臂在实际工作进程中能够进行灵活操控。基本要求中的局部稳定性和整体稳定性分别体现在吊臂顶端伸缩长度，吊臂水平旋转额度，节臂盖板稳定性的要求中，根据不同部分的实际要求对数学模型进行调整。在计算机中建立相应的数学公式，带入起重机实际的吊臂数据得到顶端伸缩最大长度限制和吊臂水平旋转额度，确定设备的适用范围。节臂盖板稳定性则需要分别在公式中带入二号节臂和三号节臂的相关数据，得到节臂稳定性系数。再从吊臂整体稳定性的角度对整个节臂结构进行轴向力的双向弯矩与横向受力的构件分析，同时对整体的稳定性进行验算，最终达到起重机吊臂的最佳比例。通过建立数学模型进行模拟计算能够直接体现出吊臂自重和结构之间的配比关系，逐步减轻自重，减小基本臂的截面尺寸，提高截面宽厚度比值，实现吊臂的负载和稳定性的最终提高。同时，针对实际工程中可能存在吊臂损坏、器械侧翻、起重机调度等多种情况，同样可以采取建立数学模型的方式进行处理。首先在箱型起重机的各个节点之处设有相关传感器，随后模拟吊臂损坏、器械侧翻等情况发生的过程。集合事故发生时起重机上预设传感器的参数变化，对部分节臂，底座等关键节点的数据变化进行分析。建立数学模型得到起重机各个部分对于事故发生的影响，并依据数据将对应结构进行优化。当前大环境下，在箱型起重机设计中应用计算机技术对原有的设计环节进行革新，减少工作人员的计算量，使设计过程更加直观，得到的设计结构更加坚实可靠。最终通过科学规范的方式，合理的设计环节减少因结构重量配比和起重机结构不合理导致局部事故发生[3]。

4 结语

我国起重机箱型吊臂设计落后已经成为当前行业发展过程中需要突破的问题。面临市场内部大量的需求和国内外激烈的竞争。随着时间不断推进，采用计算机技术终将成为起重机吊臂设计领域中的一个重要的技术支持。针对起重机吊臂设计的重点难题。以建立数学模型的方式，让相关工作人员能够在设计中专注于吊臂的结构比例，使其更加坚实可靠。提高起重机的工作效率，让企业获取能更高的经济效益。同时让我国起重机吊臂设计在结构配比，经济成本，工作效率等多个方面达到最佳平衡，形成领域内的竞争力。