【摘 要】
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直臂式高空作业平台是一种将工作人员及随行设备运送至指定工作区域的特种工程机械,具有结构简单,举升高度大,对环境适应性强等特点。随着国内对施工安全关注度的不断提高,高空作业平台迎来了发展的黄金时期。与此同时,市场对产品的要求也在不断提高,除需保证平台本身的工作范围外,对各部件的强度、重量及工作性能等也有着更高的希冀。因此,以强度分析为基础,对直臂式高空作业平台臂架提出结构优化方案具有切实的应用价值。
【基金项目】
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江苏东迈重工机械有限公司合作项目；
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直臂式高空作业平台是一种将工作人员及随行设备运送至指定工作区域的特种工程机械,具有结构简单,举升高度大,对环境适应性强等特点。随着国内对施工安全关注度的不断提高,高空作业平台迎来了发展的黄金时期。与此同时,市场对产品的要求也在不断提高,除需保证平台本身的工作范围外,对各部件的强度、重量及工作性能等也有着更高的希冀。因此,以强度分析为基础,对直臂式高空作业平台臂架提出结构优化方案具有切实的应用价值。在此背景下,进行了以下研究工作:（1）根据T66直臂式高空作业平台的相关要求,确定了各关键系统的机构形式。应用解析方法,建立了上调平油缸、变幅油缸、伸缩油缸及伸缩钢丝绳的力学模型,分析了影响其各部件受力的主要因素。同时,对调平系统的调平误差和臂架末端挠度等也做了细致的分析计算。上述结果明确了臂架强度分析的边界条件,并为相关部件的优化提供了理论基础与数学模型。（2）以Hyperworks有限元仿真软件为分析平台,对臂架进行了静力学仿真建模,分析了其在各危险工况下的应力、变形及结构稳定性。其中,臂架的有限元仿真变形量与理论计算值相差无几,验证了仿真计算的参考价值;应力及结构稳定性分析结果则表明了原臂架结构满足强度要求。（3）以MATLAB优化工具箱中的局部优化函数fmincon为计算平台,利用上调平油缸和变幅油缸的力学模型,以及调平误差计算结果,对各油缸的铰接点位置进行了优化。优化后,各油缸的推力得到了有效减小,降低了系统对液压元件的要求;系统的调平误差得到了改善,提高了调平过程的平稳性。（4）以OptiStruct结构优化模块为优化平台,结合强度分析的结果,对臂架进行了结构优化。利用尺寸优化的思想,找到了在原结构形式下,各尺寸参数之间的最优搭配并确定了潜在的加强筋布置区域;利用拓扑优化的思想,分析并找到了新加强筋在概念设计下的位置及形状;再次利用尺寸优化的思想,对新加强筋的具体尺寸参数进行了优化设计。优化结果表明,在满足强度、装配等要求的前提下,新结构的重量更轻,应力分布更加合理,材料的力学性能得到了更好的发挥,节约了产品的生产及使用成本。
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