混凝土泵车臂架设计要求与强度计算

        1.设计要求

        根据混凝土泵车的工作条件，对臂架的设计要求如下：

        ①臂架的作业范围（高度、水平半径、深度）要尽量大；

        ②臂架展开、折叠方便，需要的展开空间要小；

        ③折叠后臂架整体结构紧凑，尽可能降低质心。

        2.臂架承受的载荷

        （1）自重    自重指臂架、液压缸及输料管等部件的总重力G，设计时可根据经验进行计算或参考同类臂架的质量估算。

        （2）工作载荷    工作载荷指作用于臂架上的输料管中的混凝土重力，可以看做是沿臂架长度的均布载荷q，以及臂架端部橡胶软管内的混凝土重力，可以认为是作用于臂架端部的集中载荷Q。

        （3）惯性力    当臂架的回转机构制动或臂架开始回转时，回转部件会产生惯性力Fg，用下式计算：

        （7-21）

式中    m——回转部件总质量（kg）；

            R——回转部件质心到回转中心的距离（m）；

            n——回转转速（r/min）；

            t——回转机构制动或开始回转加速时间（s）。

        （4）动载荷    泵车作业时，混凝土在输料管中不连续流动所引起的振动构成动载荷，其值为输料管中混凝土的重力与冲击系数K的乘积，K取1.3。此外，汽车发动机、混凝土分配阀、臂架液压缸的工作也使臂架产生振动，也构成动载荷，其值为各机构重力与动载系数Kd的乘积，Kd一般取得1.2。

        （5）附加载荷

        ①臂架端部的橡胶软管在布料中常受到浇灌混凝土工人的拉引，传到臂架端部引起侧向拉力，设计中应考虑，一般取=300N。

        ②臂架工作时，有时会受到侧向风作用产生风载荷Fw，可用下式计算：

        （7-22）

式中    q——风压（Pa），按表7-13选取，q1用于正常工作状态，q2用于构件强度计算；

            c——体形系数，见表7-14；

           A——臂架在垂直风向平面上的投影面积（m2）。

        混凝土泵车作业时，由于工作条件不同，臂架实际收到的载荷也不同，按上述几种载荷可以组合成两种情况，如表7-15所列。

        第一类计算载荷指混凝土泵车在正常工作条件下，臂架受到自重、工作载荷、动载荷、惯性力等作用力，用来计算传动零件和金属结构的疲劳强度（耐久性）、磨损性和发热，又称寿命计算载荷。

        第二类计算载荷指泵车在工作中可能出现的最大载荷，由第一类载荷和附加载荷组成。主要用于对传动零件、金属结构件的强度、稳定性进行计算，又称强度计算载荷。

        3.臂架强度计算

        泵车在进行作业时，臂架的工作位置不同，其受力情况也不一样。图7-45为三节臂架的四种工作位置：第一种工作位置为三节臂全部处于水平位置，呈最大受力状态；第二种工作位置有一节臂处于垂直状态，当臂架回转时，水平节臂产生的惯性力引起垂直节臂受到转矩作用；第三种工作位置有两节臂处于垂直状态，臂架回转时垂直节臂同样会受到转矩作用；第四种工作位置是全部节臂处于垂直状态，臂架要承受最大的轴向力，还要考虑臂架（压杆）的稳定性问题。

        现假定臂架为箱形节臂，在任意位置横截面上受到的内力如图7-46所示，坐标原点设在截面中心，Mx、My为弯矩，T为转矩，N为轴向力，Qx、Qy为截面内的切力，A为截面积，Wx、Wy为阬弯截面模量，则任何截面上的最大压应力和最大拉应为分别为：

截面上的切应力为：

式中   ——上下箱板的切应力；

           ——侧箱的切应力；

           ——分别为上下箱板的厚度和宽度；

            ——分别为侧箱板的厚度和高度；

            ——横截面厢壁中心线包容面积。

        截面上各作用力计算方法如下：

        （1）弯矩Mx、My    Mx由自重和工作载荷产生的弯矩MG、MQ所引起；My由惯性力和风力等侧向载荷产生的弯矩Mg、Mw所引起。即：

        （2）切力Qx、Qy    自重和工作载荷产生y轴方向切力，惯性力和风力产生x轴方向的切力。即：

        （3）轴向力N    在臂架处于垂直位置时，由自重和工作载荷产生的N值最大。

        （4）转矩T    由于臂架输料管布置或制造时产生的偏心，造成管内的混凝土重力对臂架产生转矩T。

        最后，进行强度校核，最大拉、压组合应力按第四强度理论计算，即：

式中    []——许用应力，见表7-16；

            [r]——许用切应力，见表7-16,。

        这里忽略了软管的侧向拉力F3和动载荷，但这两种力也会增加臂架的弯矩和切力。实际工作中，F3还会使臂架产生转矩和轴向力。图7-47所示的臂架四种工作位置只是特殊状态，实际作业时先要将上述诸载荷沿x轴和y轴分解，然后再进行计算。

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