摘要 微型起重机在现代生活中的应用越来越广泛,本文对微型起重机的强度进行了分析。
关键词 微型起重机;市场应用;强度
中图分类号TH21 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)21-0161-02
汽车起重机是装在普通汽车底盘或特制汽车底盘上的一种起重机,其行驶驾驶室与起重操纵室一般分开设置。优点是机动性好,转移迅速,其底盘性能等同于同样整车总重的载重汽车,符合公路车辆的技术要求,因而可在各类公路上通行无阻。
随着现代化工业的发展和国内市场竞争的加剧,起重机在现代化生产过程中应用越来越广泛,人们对它的要求也越来越高。近年来,随着小型物流搬运、送货,各地的电力、煤气、供水、供暖等设施的维修、抢险服务,有毒、有害物品的搬运等行业的发展,微型起重机的应用越来越广泛。这些条件就需要微型起重机具有重量轻、少占载货量,体积小、少占载货空间等功能。
本文将从吊臂、伸缩油缸两方面来论证0.2t起重机的强度。
1 吊臂强度计算
吊臂采用三节臂,靠油缸带动两节臂伸缩,吊臂载面采用六边形,六边形截面对吊臂伸缩有导向作用。为减小吊臂截面面积,将伸缩油缸布置在吊臂外部。
经比较计算吊臂最大弯矩发生在上图所示工况:(起升最大载荷2 000N,最大工作幅度2.76 m,吊臂水平)时的I-I截面,此时I-I截面弯矩Mmax=k1G×2.51=1.2×2000×2.51=6024 N·m,其中动载系数k1=1.2;
最大拉应力:σmax=MmaxYmax/I=98 N/mm2
式中截面对中性轴的惯性矩I=4610803 mm4
截面最大拉应力到中性轴的距离Ymax=75 mm
该截面材料HG60钢板,σs=450 N/mm2 σb=570 N/mm2
σs/σb=0.79>0.7根据《起重机设计规范》,安全系数n=(0.5σs+0.35σb)/σmax=4.3
根据《起重机设计规范》,载荷组合类别为组合I时,安全系数取1.5,n=4.3>1.5吊臂强度满足要求。
2 伸缩油缸的计算
2.1 伸缩油缸受力计算
一级缸直径D=φ40 活塞杆直径d=φ28
二级缸直径D=φ40 活塞杆直径d=φ25
两级伸缩油缸均在吊臂全伸出位置时,受力最大,如下图
对H2点取矩,求得H1=14771 N,H2=H1+G=16771N
一级缸最大拉(推)力F=f(H1+H2)=3470N
其中摩擦系数 f=0.11
对H4取矩,求得H3=7337N,H4=H3+G=9336N
二级缸最大拉(推)力F=f(H3+H4)=1834N
油缸外伸时推力:F=pπD2/4
油缸外伸时压力:p=4F/πD2
一级缸p1=2.76 MPa,二级缸P2=1.46 MPa
P1>P2可见外伸时一级缸压力较大(尤其在全伸出时),须在二级缸无杆腔加顺序阀使一级缸先伸出
油缸回缩时拉力:F=pπ(D2-d2)/4
油缸回缩时压力:p=4F/π(D2-d2)
一级缸p=5.4 MPa,二级缸p=2.4 MPa
二级缸先回缩,满足要求。
2.2 缸筒臂厚计算
1)臂厚确定
初定臂厚δ=5mm,材料为45,σb=600 MPa,σs=295 MPa,n=3,缸筒材料的许用应力σp=σb/n=200 MPa
δ/D=5/40=0.125
δ/D=0.08~0.3时臂厚应满足下式:
δ≥pmaxD/(2.3δP-3pmax)=10×0.04/(2.3×200-3×10)=0.01m =1mm
取δ=5mm
二级缸同上,取δ=5mm。
2)臂厚验算
额定工作压力pn应低于一定极限:
一级缸pn≤0.35σs(D12-D2)/D12=0.35×295×(0.052-0.042)/0.052 =37.2 MPa
二级缸同上,缸筒臂厚满足额定工作压力要求。
2.3 活塞杆稳定性计算
活塞杆弯曲稳定性要求F≤Fk/nk
活塞杆弯曲失稳临界压力Fk=π2E1I×106/(KLB)2
其中弹性模数E1=1.8×106
安装及导向系数K2=0.5
安全系数nk=3.5
截面惯性矩I:
一级缸I=π(d14-d24)/64=π(0.0284-0.0194)/64=2.38×10-8 m4
二级缸I=πd4/64=π×0.0254/64=1.92×10-8 m4
油缸全伸出时的支承长度LB:
一级缸LB=0.9 m,二级缸LB=0.9 m
一级缸Fk=208 797 N,二级缸Fk=168 441 N
Fk/nk
一级缸Fk/nk=59 656 N,二级缸Fk/nk=48 126 N
一级缸F=3 470 N≤Fk/nk,活塞杆稳定性符合要求。
二级缸F=1 834 N≤Fk/nk,活塞杆稳定性符合要求。
3 结论
