电动履带起重机伸缩臂受力分析

电动履带起重机伸缩臂受力分析

王旭

江苏省特种设备安全监督检验研究院盐城分院 江苏盐城 224000

摘要：电动履带起重机作为现代建筑和物流领域的重要设备，其伸缩臂的设计与优化直接关系到作业效率和安全性。本文旨在探讨电动履带起重机伸缩臂的受力分析及其优化策略，以期为提升设备性能、确保操作安全提供理论依据和技术指导。

关键词：电动履带起重机；伸缩臂；受力分析；优化策略

引言

随着工程技术的不断进步，电动履带起重机在现代建设中的应用日益广泛。伸缩臂作为其核心部件，其受力分析与优化设计对于提高作业效率、保障操作安全至关重要。本文将深入探讨伸缩臂的受力特性及其优化方法，以期为相关工程实践提供科学指导。

1.电动履带起重机的定义

电动履带起重机是一种集成了电动驱动系统和履带行走机构的移动式起重设备。如图1所示。它通过电动机提供动力，驱动履带进行移动，同时配备有伸缩臂或其他形式的起重装置，用于在建筑工地、港口、仓库等多种场合进行重物的吊装和搬运作业。这种起重机具有良好的机动性和适应性，能够在复杂的地形和环境中稳定作业，且操作简便、效率高。电动履带起重机的使用不仅提高了作业效率，还因其低噪音、零排放的特点，符合现代社会对环保和可持续发展的要求。

图1 电动履带起重机受力分析图

2.电动履带起重机伸缩臂受力分析

2.1力学模型的建立

电动履带起重机伸缩臂受力分析需要建立一个精确的力学模型。该模型应考虑伸缩臂的结构特点，包括其长度、截面形状、材料属性以及连接方式。模型中需包含伸缩臂在不同工作状态下的几何形态，以及承受的载荷类型和大小。通过应用静力学和材料力学的基本原理，分析伸缩臂在吊装过程中的应力分布和变形情况。此外，模型还需考虑动态效应，如风载、惯性力等对伸缩臂受力的影响。建立这样一个综合性的力学模型，是进行受力分析和后续优化设计的基础。

2.2受力分析的基本方法

电动履带起重机伸缩臂的受力分析通常采用以下基本方法：静力平衡分析，通过设定伸缩臂在特定工作角度和载荷下的静力平衡条件，计算各部件的受力情况。这包括对伸缩臂的轴向力、剪切力、弯矩和扭矩的分析。有限元分析（FEA），利用计算机辅助工程软件，将伸缩臂分解为有限数量的单元，模拟其在实际工作中的受力状态。通过这种方法可以得到更精确的应力分布和变形情况。实验应力分析，通过在实际伸缩臂上安装应变片或其他传感器，测量在不同工况下的应变数据，进而推算出应力值。这种方法能够直接反映伸缩臂的实际受力情况。动态分析，考虑到起重机在操作过程中的动态效应，如加速度、振动等，对伸缩臂进行动态受力分析，以确保其在各种工况下的稳定性和安全性。这些方法的综合应用，可以为电动履带起重机伸缩臂的设计和优化提供科学依据，确保其在各种工作条件下的可靠性和耐用性。

2.3影响受力的关键因素

影响电动履带起重机伸缩臂受力的关键因素包括：载荷大小与分布，伸缩臂承受的载荷大小直接影响其受力状态，载荷的分布不均会导致应力集中。工作角度，伸缩臂在不同角度下工作时，其受力情况会有显著差异，特别是在极限角度时，受力最为复杂。伸缩臂长度，伸缩臂的长度变化会影响其刚度和稳定性，长臂在相同载荷下更容易发生弯曲和振动。材料属性，材料的强度、韧性和疲劳寿命等属性直接影响伸缩臂的承载能力和使用寿命。操作速度与加速度，起重机操作时的速度和加速度会产生动态载荷，增加伸缩臂的受力。环境因素，如风载、温度变化等外部环境因素也会对伸缩臂的受力产生影响。这些因素的综合作用决定了伸缩臂在实际工作中的受力特性，是进行受力分析和设计优化时必须考虑的关键点。

3.电动履带起重机伸缩臂受力优化建议

3.1结构设计的优化建议

电动履带起重机伸缩臂的结构设计优化建议包括以下几个方面：材料选择，采用高强度、轻质的新型材料，如高强度钢或复合材料，以提高伸缩臂的承载能力同时减轻自重。结构形式优化，设计合理的截面形状，如采用箱型或管型结构，以提高抗弯和抗扭刚度，减少应力集中。连接方式改进，优化伸缩臂各节之间的连接方式，采用高强度螺栓或焊接技术，确保连接部位的强度和刚度。动态平衡设计，在伸缩臂设计中考虑动态平衡，通过增加配重或调整结构布局，减少操作过程中的振动和冲击。模块化设计，采用模块化设计理念，使得伸缩臂的各部分可以独立更换和升级，提高维护效率和使用寿命。疲劳寿命分析，进行疲劳寿命分析，确保伸缩臂在长期重复载荷作用下的可靠性，避免疲劳断裂。通过这些结构设计的优化建议，可以显著提高电动履带起重机伸缩臂的性能，增强其在各种工况下的稳定性和安全性，同时降低维护成本和提高作业效率。

3.2操作参数的优化建议

电动履带起重机伸缩臂的操作参数优化建议涉及以下几个关键点：载荷管理，严格控制和监测起重载荷，避免超载作业，确保伸缩臂在设计载荷范围内工作，减少不必要的应力和变形。工作角度优化，合理规划作业流程，选择最佳的工作角度，以减少伸缩臂在极限角度下的受力，提高作业效率和安全性。速度与加速度控制，优化起重机的操作速度和加速度，采用变频调速技术，减少动态载荷对伸缩臂的冲击，降低疲劳损伤。伸缩臂长度调整，根据作业需求灵活调整伸缩臂的长度，避免过长或过短的使用，以保持最佳的刚度和稳定性。操作培训与规范，对操作人员进行专业培训，确保他们熟悉起重机的操作规范和安全规程，减少人为错误导致的受力异常。实时监控与反馈，安装实时监控系统，如载荷传感器和角度传感器，及时反馈操作参数，帮助操作人员做出快速调整，确保作业安全。通过这些操作参数的优化建议，可以有效提升电动履带起重机伸缩臂的作业性能，降低操作风险，延长设备使用寿命，同时提高作业效率和经济效益。

3.3维护与监测的优化建议

电动履带起重机伸缩臂的维护与监测优化建议包括以下几个方面：定期检查与保养，制定详细的维护计划，定期对伸缩臂进行检查，包括结构完整性、连接件紧固情况、润滑状态等，及时发现并处理潜在问题。实时监测系统，安装先进的传感器和监测设备，实时监控伸缩臂的应力、应变、温度等关键参数，通过数据分析预测潜在故障，实现预防性维护。维护记录与分析，建立维护记录数据库，对每次维护和检查的结果进行记录和分析，以便追踪设备状态变化，优化维护策略。专业培训，对维护人员进行专业培训，提高他们对伸缩臂结构和工作原理的理解，确保维护工作的专业性和有效性。备件管理，建立高效的备件管理系统，确保常用备件的库存，缩短因备件更换导致的停机时间。环境适应性维护，考虑作业环境对伸缩臂的影响，如腐蚀、磨损等，采取相应的防护措施和维护策略。通过这些维护与监测的优化建议，可以显著提高电动履带起重机伸缩臂的可靠性和使用寿命，减少故障率，降低运营成本，确保设备在各种工况下的安全稳定运行。

结束语

电动履带起重机伸缩臂的受力分析、结构设计、操作参数以及维护监测的优化，是确保设备高效、安全运行的关键。通过综合应用现代工程技术和管理策略，可以显著提升设备的性能和可靠性，为起重作业提供坚实的技术支持。

参考文献

[1]郭柏树,柳海芳,蒋伟.电动履带起重机伸缩臂受力分析[J].建设机械技术与管理,2024,37(03):30-31.

[2]袁甜.基于ANSYS的铁路救援起重机伸缩臂结构有限元分析[D].华东交通大学,2024.

[3]贾晓杰.伸缩臂履带起重机带载行驶动态特性研究[D].吉林大学,2024.

[4]杨浩.全地面起重机伸缩臂临界力数值解法及稳定系数研究[D].太原科技大学,2024.

[5]权哲奎,何喜东,蒋佩,等.伸缩臂履带起重机转台的有限元分析[J].机械管理开发,2021,36(04):53-55+273.