起重机n阶伸缩臂架稳定性的递推公式及数值解法

基于纵横弯曲理论建立了n阶伸缩臂阶梯柱的微分方程组,并利用数学归纳法推导出n阶阶梯柱压杆稳定性的递推公式。针对递推公式中的超越方程,结合结构受力特征,列写补充方程,使用Levenberg-Marquardt数值最优化算法求解了具有n个未知数的超越方程组。利用此算法求解出的长度系数与GB/T3811—2008中的结果和ANSYS 17.0结果进行对比,结果表明,此算法的精度优于其他算法的精度,并且长度系数具有一定的非线性,因此在实用过程中,小范围内的线性插值是可行的。对于大截面的阶梯柱,使用线性插值计算,临界力的误差较大。     

一种n阶变截面压杆稳定性计算方法的研究

针对n阶变截面压杆稳定性问题,基于一般的压杆稳定性挠曲线方程建立了n阶变截面压杆的微分方程组,结合相邻阶的边界条件,求解方程组获取递推关系式,即关于临界载荷的方程,应用Newton迭代法对方程进行迭代求解。以1200t全地面起重机伸缩臂为例,分别采用Newton迭代法、弦截法及有限元法计算了伸缩臂的临界载荷,对比分析结果证明了所推导出的临界载荷关系式的合理性及Newton迭代法的高效性。     

起重机箱形伸缩臂整体稳定性分析

起重机伸缩臂由多节可轴向相对滑动的变截面箱形臂套接组成.箱形伸缩臂承受全部弯矩,而轴向力是通过搭接处的摩擦力与内置油缸共同承受,其力学模型不等同于变截面阶梯柱模型和完全由油缸承受轴力的变截面箱形臂模型.如何准确计入油缸支撑作用及搭接摩擦力的影响,对起重机箱形伸缩臂稳定性分析计算具有十分重要的意义.从挠度微分平衡方程出发,给出起重机箱形伸缩臂三种计算模型的欧拉临界力的分析推导,并着重讨论考虑油缸支撑和伸缩吊臂间搭接摩擦力协同作用的变截面箱形伸缩臂计算模型.分析结果表明,考虑油缸支撑和箱形吊臂间搭接摩擦力协同作用时吊臂的失稳临界力介于完全由油缸承受轴力的变截面箱形臂模型与变截面阶梯柱模型的失稳临界力之间.     

计及液压缸作用的起重机伸缩臂欧拉临界力的精确解析解

起重机伸缩臂由多节可轴向相对滑动的变截面箱形臂组成,吊臂自身只承受弯矩,轴向压力则由吊臂内部的支撑液压缸承受,因此,其力学模型不能等同于变截面的阶梯柱。本文给出了考虑液压缸支撑作用的起重机多节伸缩臂在起升平面外的欧拉临界力的精确解析解,并与忽略液压缸支撑作用的计算模型所得欧拉临界力进行比较。分析结果表明,考虑液压缸支撑作用时起重机多节伸缩臂的欧拉临界力大于不考虑液压缸支撑作用的变截面阶梯柱力学模型的欧拉临界力。因此,我国起重机设计规范中所用变截面阶梯柱力学模型计算伸缩臂之稳定性是偏安全的。     

超起拉索非保向力作用下伸缩臂几何非线性分析

为获得超起拉索非保向力作用下伸缩臂结构几何非线性变形的理论解,将具有超起装置的伸缩臂受力模型等效为弹性支撑条件下的多级伸缩臂模型.基于小变形理论建立空间对称双拉索多级伸缩臂的静力平衡方程,推导计及轴力二阶效应的多级伸缩臂结构臂端挠度的递推表达式.以具有超起装置的伸缩臂结构为例,分析其在轴力、侧向力和弯矩作用下的几何非线性变形,获得任意多级伸缩臂臂端挠度,并与ANSYS仿真结果对比,给出不同弹性支撑刚度的伸缩臂几何非线性变形.分析结果表明:推导的任意多级伸缩臂挠度递推表达式是正确的和合理的,能有效地满足工程实际应用.     

仿树蜂三瓣式采样器研究

针对星球表面探测技术的研究,基于树蜂钻树洞机理,设计了一种集钻探和取样功能于一体的三瓣式、可伸缩采样器。采样器由三部分组成,分别为伸缩仓、柔性臂和钻头。伸缩仓部分主要由张紧装置、齿轮卷扬装置、柔性辊轮装置等组成。柔性臂部分为两根带簧片背对配置,提高了其弯曲刚度和扭转刚度,可收拢在伸缩仓内,无鼓包问题。钻头部分包含背、腹钻瓣和中间瓣,由凸轮机构驱动背腹钻瓣实现钻探给进,中间瓣进行定位和取样。通过对柔性臂参数和一阶临界弯矩进行分析,给出了一阶临界弯矩估计公式,对采样器的设计具有一定的理论指导意义。     

气动升降天线杆稳定性计算方法

本文介绍一种新型的气动升降天线杆,稳定性是衡量其性能优劣的一个重要参数。稳定性计算就是用阶梯杆弹性曲线方程组求解临界力,是一个求解矩阵广义特征值的问题。本文用数学的方法进行推导,将广义特征值问题转化为等价的标准特征值问题,应用标准特征值的计算方法,求得反映气动升降天线杆稳定性的临界力。     

基于Rayleigh-Ritz法的伸缩臂瞬态动力学分析

伸缩臂的瞬态动力学分析对伸缩臂的设计和使用具有重要的指导意义。基于Rayleigh-Ritz分析法对高空作业车的伸缩臂进行瞬态动力学分析。通过定义Rayleigh阻尼系数和模态分析获得所需的频率范围,然后计算出Rayleigh阻尼系数。分别在三个工况下完成了伸缩臂的瞬态动力学分析,获得了结构Von Mises等效应力随时间变化的曲线以及伸缩臂头部位移随时间振动情况的曲线。并探讨了不同频率范围下Rayleigh阻尼系数和阻尼比对结构振动的影响,为伸缩臂的瞬态动力学分析研究提供参考。     

轴类零件计算机辅助设计和绘图

本文研制出设计绘图一体化的轴类零件 CAD 软件,用有限差分法推导出求解阶梯轴弯曲变形的递推公式,并设计了在光笔图形显示器上交互绘图的方法。     

递推矩阵的列生成算法下的一维下料方案研究

针对工程实际中一维下料优化问题,这里采用以原材料使用量最少为目标,以每根原材料的余料长度小于最短零件长度等为约束,建立数学优化模型,提出使用一种基于递推矩阵的列生成算法进行求解该模型.此算法主要通过求解列生成优化模型中的递推矩阵,生成添加列,最终得出下料方案.最后针对单一订单的情况,并根据实例优化计算所得结果进行对比,...     

基于改进卡尔曼滤波的叉车载重快速准确估计方法

针对工作环境恶劣、操作工况复杂的伸缩臂叉车载重实时快速准确估计需求,对伸缩臂叉车的载重估计数学模型及其求解算法进行了研究。首先,利用叉车现有功能模块中已装配的各类传感器,提出并分析了三种载重估计方案,在综合比较各方案的优缺点之后,确定并建立了基于动力学原理的载重估计数学模型;然后,将载重作为估计系统的状态变量,将液压系统压力、臂架变幅角度和伸缩臂伸缩长度等实时信号作为测量值,将基于转动定律建立的载重计算公式作为状态变量与测量值之间的观测方程,运用卡尔曼滤波算法对该数学模型进行求解;同时,为解决卡尔曼滤波算法在递推过程中状态变量发生改变从而导致大量新测量数据对状态变量失去校正能力的问题,提出了一种基于改进卡尔曼滤波的载重估计算法;最后,对某企业超长载重伸缩臂叉车进行了不同载重的离线试验和在线试验。研究结果表明：对于454 kg的轻载荷,该算法的估计结果的最大绝对误差小于91 kg,而对于1100 kg、2268 kg、3368 kg和4536 kg的重载荷,其平均绝对百分比误差小于3%;趋于稳定估计值的响应时间可在1 s之内,完全优于实际应用需求。该方法模型简单、可移植强,可推广应用到起...     

轴向运动Rayleigh梁固有频率的微分求积法

轴向运动梁的振动和稳定性问题是振动力学问题研究的重要内容之一,它有着重要的理论和实际意义。研究了轴向运动Rayleigh梁的固有频率。根据广义哈密顿原理建立轴向运动Rayleigh梁横向振动的控制方程。采用微分求积法数值求解两端简支和两端固支边界条件下轴向运动Rayleigh梁的次临界固有频率。数值例子给出了变化梁的弯曲刚度和支撑刚度情况下第一阶和第二阶固有频率和速度之间的关系曲线。通过曲线间的关系可得到:高阶固有频率比低阶固有频率大,固有频率随着刚度系数的增大而增大,并且随着支撑刚度的增大而增大。     

两端支承输流管道的稳定性和临界流速分析

推导两端支承梁弯曲振动的频率方程和振型函数的解析表达式。利用频率方程讨论两端扭转弹簧刚度变化对梁的前两阶弯曲振动特征值的影响。以两端支承梁的振型函数为假设振型导出两端支承输流管道在定常流作用下临界速度的解析表达式,为今后分析这类系统的动态响应提供理论依据。利用临界流速公式系统地分析和讨论扭转刚度、重力系数和轴向预紧力对管道临界流速的影响特性。研究结果表明,量纲一扭转弹簧刚度在0到50区间内变化时对临界流速的影响较大,但大于50时影响明显减弱。当重力系数和轴向预紧力增大时,临界流速也随着增大。一般而言,两端扭转弹簧刚度越大也会增大相应的临界流速值。     

截面尺寸对伸缩臂屈曲失稳性能的影响

伸缩臂作为起重机的主要承载受力构件,其设计是否合理,直接影响整机的起重性能与安全.伸缩臂架为典型的薄壁板壳结构,破坏形式主要以发生屈曲导致承载能力下降,甚至发生安全事故.为满足起升重量和起升高度,保证伸缩臂的稳定性,已成为设计者需主要解决的问题.影响伸缩臂屈曲临界载荷的因素很多,包括支撑方式、截面惯性矩、长度以及材料等,而当支撑方式、材料、长度确定时,对屈曲临界载荷影响最大的因素是截面惯性矩.通过分析截面尺寸对截面惯性矩的影响,进而可以分析出截面尺寸对伸缩臂屈曲临界载荷的影响.针对伸缩臂抗屈曲失稳能力,采用理论结合有限单元分析法,以U型截面为例,分析了截面尺寸对伸缩臂屈曲失稳性能的影响,为设计者提供了一定的设计参考依据.采用合理的截面尺寸,提高了伸缩臂的抗屈曲能力.其他形式截面可借鉴同样的方法进行分析.     

Zernike多项式拟合人眼波前像差的一种新算法

提出一种用于计算人眼波前像差函数中Zernike多项式拟合系数的精确算法。介绍了人眼波前像差的概念以及用Zernike多项式表示的人眼波像差函数,采用Householder变换对矛盾方程的广义增广矩阵进行正交三角化,导出求解拟合系数的算法。给出了人眼大、小瞳孔的像差测量计算实例,并对比了直接构造法方程组的计算结果和精度。对比多只眼睛的计算结果表明,该算法与直接构造法方程组的计算精度相当,各项拟合系数的相对误差都在10%以内。该算法避免了构造法方程组引入的计算误差,易于编程,是一种比较理想的求解Zernike多项式拟合系数的算法。     

当量长度法确定变截面压杆临界弯曲载荷

以机械传动中常见的变载面压杆为例,根据临界弯曲载荷相等的条件,推导出了变截面压杆在轴向压力作用下所对应的当量长度的计算公式。从而可利用材料力学中求解等截面均质压杆临界弯曲载荷的欧拉公式,求出各种不同支承形式变截面压杆折临界弯曲载荷。     

弹性连杆的动力学建模与稳定性分析

考虑连杆弹性的曲柄滑块机构为受约束刚弹耦合机械系统,采用Kane方程,将连杆弹性变形用伽辽金法离散成空间函数和广义坐标的乘积,计及轴向缩短对连杆角速度的影响,推导出弹性连杆多自由度线性参激振动方程组。应用多尺度法并结合笛卡尔坐标变换,分析连杆第一阶弯曲模态的主参激共振,获得平凡响应稳定性临界曲线,并讨论阻尼比和惯性比等参数的影响。     

起重机吊臂的几个计算问题

起重机吊臂通常制成变截面的形式,由于起升绳和变幅绳拉力的影响使轴向压力的方向在吊臂旁弯过程中发生变化,因而使吊臂计算比普通压弯构件复杂。本文对吊臂计算很关重要的弯矩和挠度放大系数,考虑压力方向变化和变截面影响的长度系数,计算吊臂挠度时用的变截面折算惯性矩以及伸缩臂的局部弯曲等     

液压油缸不同支承方式对起重机伸缩臂稳定性的影响

利用挠曲微分方程对伸缩臂的稳定性进行分析,给出了油缸在不同支承方式下伸缩臂临界载荷的解析表达式,并与结果进行比较.表明考虑油缸影响之后,伸缩臂的欧拉临界力增大了,吊臂稳定时的承载能力提高了；油缸支承在不同位置,失稳特征方程也不一样,在油缸不先行失稳的前提下,伸缩吊臂的承载力主要取决于吊臂的截面惯性矩及支承形式,与油缸的惯性矩无关;油缸支承位置越靠上,伸缩臂的抗失稳能力越强.     

基于Workbench的箱形伸缩臂模态及谐响应分析

采用大型CAD软件Proe建立箱型伸缩臂的三维模型,并基于Workbench对伸缩臂进行了模态分析和谐响应分析。通过模态分析,得出了伸缩臂的前15阶固有频率及振型,为了解伸缩臂的动态性能,对伸缩臂进行优化设计起到了指导作用,并为谐响应分析提供了频率范围。通过谐响应分析,得出三种工况下的位移频率响应曲线,分析出伸缩臂模型最易产生共振的频率,为后续的分析奠定了基础。