混凝土泵车臂架振动分析与控制

作     者：盛鑫 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姚国凤

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：混凝土泵车臂架 臂架振动 激励源 模拟分析 

摘      要：混凝土泵车是建筑行业中重要的施工器械，由于具有工作高效、使用方便、浇筑快捷的特点，混凝土泵车身影越来越多的出现在了人们的眼前。混凝土泵车的主要作用是在工程建筑中将处于低处的混凝土泵送至高处，减少劳动强度。混凝土泵车是由液压折叠臂架、泵送机构、混凝土料斗等主要器械安装在重载汽车底盘上组成的。通过相关的电气控制系统将各种器械结构紧密的联系在一起，相互之间完成配合，使得混凝土泵可以完成吸料、泵料往复运动。 当今混凝土泵送技术的发展已相对成熟，但混凝土泵车工作时依旧存在一些需要解决的问题，泵车工作时臂架振动就是其中之一。在浇筑一些柱体时，混凝土泵车臂架的振动往往会使浇筑精度和浇筑混凝土质量达不到要求，影响施工进程。减小混凝土泵车臂架振动不仅可以提高混凝土浇筑的质量和精度，同时也可避免臂架长期振动出现疲劳破坏的问题。因此对于混凝土泵车臂架振动研究具有较高的应用价值。 本文从了解混凝土泵车的工作原理入手，掌握各个系统之间的相互关系。首先详细介绍了主液压系统的工作原理，分析正泵时两个混凝土缸的交替推送过程和六个换向阀之间的转换过程，找到了臂架振动的激励源之一，即液压系统内的液压冲击现象。通过进一步分析得知液压冲击主要由延迟憋油增压和换向液压冲击两部分组成。随后详细介绍了混凝土在输料管内的流动原理，了解到流动混凝土可用流变学中的宾汉姆体模型来表示，找到臂架振动的另一激励源为流动混凝土对输料管的冲击。通过进一步分析得知流动混凝土冲击主要由摩擦冲击和混凝土流向改变冲击力组成。最后对上述两种激励源分析产生的原因，掌握与激励源相关的参数，计算激励值大小。 建立混凝土泵车的有限元模型。针对混凝土泵车臂架的Pro/E模型，进行部分结构等效简化，在此基础上采用HyperMesh有限元软件进行有限元建模，按照所需分析臂架工况的样式将各节臂组装在一起，并施加激励载荷和约束。采用Nastran有限元软件进行模拟分析计算，算出在两种不同激励下臂架的振动响应值，通过对激励的参数分析和对臂架的动应力分析，提出减小臂架振动的方案。按照所提出的方案，改变激励相关参数和臂架结构参数，算出激励值，并将激励及约束施加在改进后的臂架上，再次由Nastran有限元软件进行模拟分析计算，通过对比改进前后两次的模拟仿真结果，验证减小臂架振动方案的可行性。 通过分析本文得出如下结论： 1、液压冲击主要由延迟憋油增压和换向液压冲击两部分组成。减小液压冲击峰值大小（即降低换向时油泵的泵油量）可以减小臂架末端的振动位移幅值。在减小相同比例的液压冲击力峰值情况下，水平工况末端响应幅值改变量要大于弯曲工况末端响应幅值改变量，即水平工况减振效果明显。 2、输料管内流动混凝土冲击力主要由混凝土流动摩擦冲击力和混凝土流向改变冲击力两部分组成。弯曲工况下臂架振动主要由流动摩擦冲击力引起，水平工况振动主要由混凝土流向改变冲击力引起。加强臂架在载荷作用下动应力变化较大处的节臂钢板厚度可以有效的减小臂架末端振动位移响应，同时也改变了臂架的固有频率，避免发生共振现象 3、引起混凝土泵车臂架振动的激励源有两种，即液压冲击和流动混凝土冲击。液压冲击引起臂架末端振动幅值小于流动混凝土冲击引起臂架末端振动幅值，臂架振动的主要激励源为输料管内流动混凝土对臂架的冲击。