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登高消防车臂架的力学性能研究与运动仿真分析
| 论文题名： | 登高消防车臂架的力学性能研究与运动仿真分析 |
| 关键词： | 登高消防车;臂架结构;有限元分析;运动仿真;力学性能 |
| 摘要： | 随着我国城市化发展越来越快，城市中的高层建筑越来越多，城市消防救援形式非常严峻，消防压力很大，因此，促进了登高消防车的迅速发展。登高消防车臂架采用传统的设计方法，臂架设计的过厚，增加臂架自身的重量，使登高消防车不能轻便灵活的参与消防救援。臂架的强度和刚度计算采用传统的力学计算方法，计算复杂，计算时间长，且计算精度低。 针对以上问题，本课题设计一款最大工作高度为29米的登高消防车臂架，依据臂架的工作高度和工作半径，设计臂架的结构为折叠臂式结构，臂架截面为矩形截面，并设计计算了各节臂的长度，然后在SolidWorks中建立臂架的三维模型。运用有限元分析软件 ANSYS对臂架的两种极限恶劣工况进行静力学分析，校核臂架在两种极限恶劣工况下的强度和位移变化，经过分析得出，臂架的强度和位移变化满足登高消防车的使用要求。对臂架的两种极限恶劣工况进行模态分析，得出臂架的前六阶固有频率及其振型，了解臂架的动态特性，为避免登高消防车在使用中发生共振提供了理论依据。分别研究了不同重量的被困人员从不同的高度跳入工作平台对臂架的动态响应及消防水炮不同的开启时间对臂架的动态响应。从臂架的瞬态动力学分析可知，重量越大的被困人员从越高的高度跳入高空工作平台，臂架的最大等效应力和变形越大，为了使高空工作平台在消防救援中不晃动那么厉害，保证工作平台的稳定性，被困人员应缓慢进入工作平台。消防水炮的启动时间越长，臂架的最大等效应力和位移变化会越小，因此，在消防救援过程中适当增大消防水炮的开启时间有利于保证臂架的稳定性。在满足臂架强度和位移变化的要求下，对臂架的截面厚度进行了参数化优化，优化后的臂架重量降低了约8.7％，达到了轻量化的目的。并对优化后的臂架进行了静力学分析和动力学分析，重新校核了臂架优化后的强度和位移变化，均满足要求。 运用运动仿真软件 ADAMS对臂架的两种极限工况的运动进行运动仿真分析，得出工作平台的位移曲线、速度曲线、加速度曲线、各节臂的角速度曲线、角加速度曲线、以及液压缸的驱动力曲线。从运动分析结果可知，工作平台的位移满足设计要求，工作平台的速度小于国家标准规定的极限值，工作平台的加速度比较小，在举升运动过程中工作平台的速度都是平缓变化，工作平台运行平稳，满足登高消防车的使用要求。 |
| 作者： | 伍财生 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 袁清珂 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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