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混凝土泵車(chē)在工作過(guò)程中，臂架姿態(tài)復(fù)雜多變導(dǎo)致泵車(chē)工況復(fù)雜，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的輕量化要求以及機(jī)動(dòng)靈活的使用要求使得泵車(chē)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此對(duì)混凝土泵車(chē)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析研究具有重要意義。目前國(guó)內(nèi)的學(xué)者對(duì)混凝土泵車(chē)做了大量的研究。
文獻(xiàn)基于多體動(dòng)力學(xué)理論和拉格朗日方程建立四節(jié)臂混凝土泵車(chē)臂架的剛性運(yùn)動(dòng)微分方程；文獻(xiàn)用柔性多體動(dòng)力學(xué)的理論分析四節(jié)臂混凝土泵車(chē)臂架系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；文獻(xiàn)對(duì)混凝土泵車(chē)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)研究以及結(jié)構(gòu)疲勞壽命可靠性分析。泵車(chē)臂架屬于細(xì)長(zhǎng)薄壁箱型結(jié)構(gòu)，它由多節(jié)臂通過(guò)銷(xiāo)軸連接而成，整體剛度較小。在進(jìn)行有限元分析時(shí)，連接部位的模擬好壞直接影響到數(shù)值計(jì)算的可靠性，為了更真實(shí)地模擬臂架各節(jié)臂的連接情況，筆者采用實(shí)體單元模擬各連接銷(xiāo)軸，采用接觸單元模擬銷(xiāo)軸連接，建立了整體有限元計(jì)算模型，對(duì)泵車(chē)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究，為泵車(chē)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
混凝土泵車(chē)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示，建立全車(chē)泵車(chē)處于泵送工作狀態(tài)時(shí)，前后支腿張開(kāi)并通過(guò)頂伸液壓缸支撐起整車(chē)構(gòu)件，而支腿是與支撐臺(tái)相連，支撐臺(tái)通過(guò)U型螺栓與車(chē)架底盤(pán)固連，回轉(zhuǎn)臺(tái)則連接著臂架系統(tǒng)與支撐臺(tái)，因此有限元模型中應(yīng)包括支撐油缸、前后支腿、支撐臺(tái)、回轉(zhuǎn)臺(tái)和臂架系統(tǒng)，它們構(gòu)成了泵車(chē)泵送時(shí)的主要受力構(gòu)件，而將底盤(pán)車(chē)自重載荷通過(guò)計(jì)算，分配在支撐臺(tái)與底盤(pán)U型螺栓懸掛點(diǎn)處。采用空間板殼單元模擬前后支腿、支撐臺(tái)、回轉(zhuǎn)臺(tái)和臂架系統(tǒng)，對(duì)于輸料管、托架、支撐油缸以及臂架之間的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用空間梁?jiǎn)卧M，對(duì)于銷(xiāo)接連接位置采用接觸單元模擬，連接銷(xiāo)采用實(shí)體單元模擬，共劃分板殼單元82176個(gè)，梁?jiǎn)卧?04個(gè)，接觸對(duì)的目標(biāo)單元19208個(gè)，接觸對(duì)的接觸單元7235個(gè)，實(shí)體單元12131個(gè)，節(jié)點(diǎn)共90381個(gè)。根據(jù)文獻(xiàn)，選取臂架上的結(jié)構(gòu)件自重載荷和工作載荷的動(dòng)荷系數(shù)為1.25，其余部件自重載荷的動(dòng)荷系數(shù)為1.15。靜強(qiáng)度分析時(shí)，施加的荷載有主要承力結(jié)構(gòu)件自重、混凝土重量和底盤(pán)車(chē)自重.混凝土充滿了料管，因此用梁?jiǎn)卧M輸送管和混凝土，且該單元采用的密度為兩種材料的等效密度。
泵車(chē)臂架由五節(jié)臂組成，相互之間通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)臂架姿態(tài)，臂架與回轉(zhuǎn)臺(tái)相連，并且回轉(zhuǎn)臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)繞垂直軸水平旋轉(zhuǎn)，因此泵車(chē)泵送姿態(tài)是空間連續(xù)可變的.。通過(guò)分析可知，臂架系統(tǒng)的不利工作姿態(tài)應(yīng)是臂架水平姿態(tài)，臂架位于垂直和水平姿態(tài)時(shí)，回轉(zhuǎn)臺(tái)均處于不利工況，前后支腿出現(xiàn)最大支反力時(shí)，支腿承受最大彎矩和剪力，支撐臺(tái)也承受最大扭矩，因此支撐臺(tái)和前后支腿的不利工作位置應(yīng)是前支腿和后支腿分別出現(xiàn)最大支反力時(shí)的工作位置，且臂架姿態(tài)為水平伸直狀態(tài).支撐臺(tái)、前后支腿和回轉(zhuǎn)臺(tái)相對(duì)位置為1/2對(duì)稱(chēng)布置而非1/4對(duì)稱(chēng)布置，因此可通過(guò)以下分析確定支腿受力最大位置。限于篇幅，僅列出前支腿分析算法，后支腿分析方法類(lèi)似.泵車(chē)泵送工作示意圖見(jiàn)圖假設(shè)前支腿出現(xiàn)最大支反力時(shí)，則其相反側(cè)的后支腿已不再支撐地面，該假設(shè)與實(shí)際工況相符。為簡(jiǎn)化推導(dǎo)過(guò)程，分析時(shí)僅考慮臂架重量G以及臂架水平時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的彎矩M。當(dāng)臂架水平旋轉(zhuǎn)至垂直于不同側(cè)的前支腿與后支腿支撐點(diǎn)連線時(shí)，與臂架鄰近的支腿會(huì)出現(xiàn)最大支反力，由此可以確定支腿的不利工況位置，因此混凝土泵車(chē)的計(jì)算校核工況為：①臂架水平旋轉(zhuǎn)至前支腿受力最大位置；②臂架水平旋轉(zhuǎn)至后支腿受力最大位置；③臂架垂直位置；3種工況下的有限元計(jì)算模型圖見(jiàn)圖。可以看出，雖然計(jì)算應(yīng)力值小于材料許用應(yīng)力值，但在連接銷(xiāo)軸套處以及臂架油缸支座處易發(fā)生大應(yīng)力，軸套作為銷(xiāo)軸連接構(gòu)件在實(shí)際泵送工作中會(huì)承受較大的動(dòng)載荷，而支座大應(yīng)力區(qū)域均位于焊縫連接處，因此從疲勞壽命角度考慮，這些大應(yīng)力區(qū)域應(yīng)作為試驗(yàn)測(cè)試對(duì)象。
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