基于ANSYS多功能抢险救援车转台有限元分析
2019-03-16张国仙李军李金川
张国仙 李军 李金川
摘 要：以某型多功能抢险救援车为研究对象，应用PROE软件建立多功能抢险救援车转台三维模型。根据转台工作状态受力情况，对转台进行静力和稳定性分析，计算得到转台应力、应变分布和特征值参数。通过分析计算结果可知，转台的强度、刚度及稳定性均满足设计要求，为多功能抢险救援车转台结构优化设计提供理论依据。
关键词：多功能抢险救援车 转台 应力 应变 稳定性
中图分类号：TH213.6 文獻标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（b）-0071-02
多功能抢险救援车是一种特种应急救援设备，以救人功能为主，还可以实现重物起吊、钢筋剪切、缝隙扩张、重物拖拽等功能。转台作为多功能抢险救援车核心结构之一，担负着承重、搭载其余结构的功能。因此转台设计须具备足够的强度、刚度、稳定性以保证其具有承受各种工况的能力。目前转台分析研究只是局部改良转台的承载强度，没有进行稳定性分析。本文结合工程项目，采用CAD/CAE技术，对转台进行有限元分析，获得转台应力应变情况及前4阶特征值，分析验证转台是否满足设计要求，为多功能抢险救援车设计提供理论依据。
1 多功能抢险救援车转台有限元模型创建
1.1 转台几何模型
根据转台上机构和设备的布置要求，转台主体设计为钢板组焊接成的承压构件。采用单层立板加局部箱型的结构形式。三维模型建立采用参数化设计软件PROE。
1.2 计算分析前处理
1.2.1 几何模型处理
采用ANSYS Workbench分析时，因为软件有自动设置模型接触的功能，在对模型处理时，保证板与板之间的连接无间隙，无干涉;并将零件上的螺纹孔去除或用光孔代替;隐含不影响结果的小件、倒角、坡口。
1.2.2 定义材料属性、接触
转台材料选用结构钢Q550D，其屈服强度为550MPa，杨氏模量为206GPa，泊松比为0.3，密度为7850kg/m3。ANSYS Workbench自动生成接触，接触间隙设置为0.1mm。
1.2.3 网格划分
网格划分整体采用自动划分方式，网格大小控制在20～30mm。
2 建立转台载荷边界条件
对转台进行分析时，根据转台的工作状况，设置分析参数。主要考虑的因素为位移约束与加载力。
（1）转台通过底板上的螺栓固定在回转支撑上，在施加约束时，将座圈下表面的节点6个自由度施加全约束。
（2）选取变幅油缸推力最大值工况进行计算。最大值工况计算参数如表1所示，转台受载参数如表2所示。
3 计算结果分析
3.1 静力分析
应用软件ANSYS Workbench分析计算，得到转台应力云图。
多功能抢险救援车转台最大应力值为410MPa，转台材料屈服极限为550MPa，根据强度安全系数计算公式
可得强度安全系数n=1.36，大于1，说明转台强度满足设计要求。
多功能抢险救援车转台后尾变形最大，为0.97mm<允许变形量10mm，因此转台刚度性能也满足设计要求。
3.2 稳定性分析
稳定性分析能有效地帮助设计者模拟转台的屈曲载荷、失稳模态等，保证转台的可靠性。本文采用特征值屈曲分析方法设置求取4阶模态。
稳定性分析结果得到转台1到4阶特征值如表3所示。
根据分析结果，转台屈曲的最小特征值为14.7，根据《起重机转台计算分析规范》，特征值大于1.4时转台稳定性满足要求，因此转台满足稳定性要求。
4 结语
本文运用Pro/E软件建立了转台的三维模型，并应用软件ANSYS Workbench对转台进行了静力和稳定性分析。经过分析可知，转台有足够的安全度且满足稳定性要求，因此转台结构符合设计要求，为多功能抢险救援车设计提供理论依据。
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