CN114873528B - 高空作业机械的伸缩臂的设计方法 - Google Patents

高空作业机械的伸缩臂的设计方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种高空作业机械的伸缩臂的设计方法。伸缩臂包括基本臂、依次连接于基本臂的前端的多个外伸臂和滑块组件，设计方法包括如下步骤：确定外伸臂的设计参数；确定伸缩臂的危险工况，根据设计参数获取在危险工况下每个外伸臂的最大正应力；根据每个外伸臂的最大正应力获取每个外伸臂的挤压危险区域的第一最大接触应力，挤压危险区域包括此外伸臂由于弯曲变形与第一滑块发生挤压的区域；以及判断每个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力是否均满足要求，如果否，重新确定某个/多个外伸臂的设计参数，直至均满足要求。该方法对不同型号产品的高空作业机械的的伸缩臂的设计均适用，而且采用该方法设计的臂体更具可靠性。

Description

高空作业机械的伸缩臂的设计方法
技术领域
本申请涉及高空作业领域，特别涉及一种高空作业机械的伸缩臂的设计方法。
背景技术
随着城市化进程的不断加快，人们对高空作业机械的要求也越来越高。一方面要求高空作业类工程机械的安全可靠，另一方面要求轻量化设计，提高材料利用率，使得整机重量符合城市道路用车标准。其中，伸缩式箱型臂架结构是高空作业机械的关键部件，通过臂体的伸缩、变幅实现工作平台位置的摆放和人员及货物的运送等功能。为减轻臂体重量，往往采用复杂截面形状、减小板厚、局部焊加强板的方法，但是忽略了减小板厚会使臂体与滑块接触区域的应力值突增且容易超出屈服强度值的情况。
在此需要说明的是，该背景技术部分的陈述仅提供与本申请有关的背景技术，并不必然构成现有技术。
发明内容
本申请提供一种高空作业机械的伸缩臂的设计方法，以提升伸缩臂的可靠性。
本申请提供一种高空作业机械的伸缩臂的设计方法，伸缩臂包括基本臂、依次连接于基本臂的前端的多个外伸臂和滑块组件。基本臂的后端用于与高空作业机械的行走装置连接。与基本臂紧邻的外伸臂套设在基本臂内，多个外伸臂中相邻的两个外伸臂之间位于前侧的外伸臂套设在位于后侧的外伸臂内。滑块组件包括设置在基本臂和部分外伸臂的内壁的前部的多个第一滑块。设计方法包括如下步骤：确定外伸臂的设计参数，设计参数包括外伸臂的数量、材料、截面形状和每个外伸臂的尺寸参数，尺寸参数包括长度；确定伸缩臂的危险工况，根据设计参数获取在危险工况下每个外伸臂的最大正应力；针对每个外伸臂，根据每个外伸臂的最大正应力获取每个外伸臂的第一挤压区域的第一最大接触应力，第一挤压区域包括此外伸臂由于弯曲变形与第一滑块发生挤压的区域；以及判断每个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力是否均满足要求，如果某个/多个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力中的至少一个不满足要求，则重新确定某个/多个外伸臂的设计参数，直至某个/多个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力均满足要求。
在一些实施例中，获取在危险工况下的每个外伸臂的最大正应力包括确定伸缩臂发生失效时的变幅角度α。危险工况是伸缩臂在变幅角度为α且多个外伸臂全部伸出的工况。然后获取在危险工况下每个外伸臂的最大弯矩以及每个外伸臂的抗弯截面模量，并根据最大弯矩和抗弯截面模量计算最大正应力。
在一些实施例中，获取每个外伸臂的抗弯截面模量包括根据外伸臂的截面形状和尺寸参数计算获取每个外伸臂的抗弯截面模量。获取在危险工况下每个外伸臂的最大弯矩包括获取每个外伸臂的重量以及施加在位于最前端的外伸臂的端部的载荷，并根据每个外伸臂的重量、载荷以及每个外伸臂的长度计算获取每个外伸臂的最大弯矩。
在一些实施例中，外伸臂的最前端用于安装作业装置。施加在位于最前端的外伸臂的端部的载荷包括作业装置的自身重量和1.25倍额定载荷。
在一些实施例中，根据每个外伸臂的最大正应力获取每个外伸臂的第一挤压区域的第一最大接触应力包括根据最大正应力、外伸臂的截面形状和尺寸参数确定第一最大接触应力。
在一些实施例中，尺寸参数还包括高度、宽度和壁厚。根据每个外伸臂的最大正应力获取每个外伸臂的第一挤压区域的第一最大接触应力包括根据关系式获取第一最大接触应力，i＝1～n，i取1表示套设在基本臂内的第一外伸臂，i取n表示第n外伸臂，σ2i表示第i外伸臂的第一最大接触应力，σ2i表示第i外伸臂的最大正应力，σ1i表示第i外伸臂的截面形状系数，对于不同的截面形状，取不同的数值，Hi表示第i外伸臂的截面高度，Bi表示第i外伸臂的截面宽度，Ti表示第i外伸臂的壁厚。
在一些实施例中，外伸臂的截面形状为四边形时，为1.21。外伸臂的截面形状为五边形时，/>为1.13。外伸臂的截面形状为六边形时，/>为1.02。外伸臂的截面形状为八边形时，/>为0.93。
在一些实施例中，判断每个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力是否均满足要求包括判断每个外伸臂的最大正应力是否满足小于材料的许用应力并判断每个外伸臂的第一最大接触应力是否满足小于材料的屈服强度。
在一些实施例中，判断每个外伸臂的最大正应力是否满足要求还包括判断多个外伸臂的最大正应力中最大值和最小值之间的偏差是否小于设定值。
在一些实施例中，设定值为12％。
在一些实施例中，伸缩臂还包括与基本臂连接的变幅油缸，变幅油缸用于驱动伸缩臂变幅。滑块组件还包括设置在多个外伸臂的外壁上的多个第二滑块。第二滑块设置在外伸臂的后部，设计方法还包括如下步骤：获取在危险工况下基本臂的与变幅油缸连接处的危险截面上的危险截面弯矩；获取基本臂的抗弯截面模量，根据危险截面弯矩和基本臂的抗弯截面模量获取危险截面的最大正应力；根据危险截面的最大正应力获取第二挤压区域的第二最大接触应力，第二挤压区域包括基本臂的内壁与设置在第一外伸臂上的第二滑块发生挤压的区域，第一外伸臂与基本臂相邻设置且由于弯曲变形而导致第一外伸臂的外壁上的第二滑块与基本臂的内壁发生挤压；以及判断危险截面的最大正应力和第二最大接触应力是否均满足要求，如果危险截面的最大正应力和第二最大接触应力中的至少一个不满足要求，则重新确定基本臂的设计参数，直至危险截面的最大正应力和第二最大接触应力均满足要求。
在一些实施例中，根据危险截面的最大正应力获取基本臂的第二挤压区域的第二最大接触应力包括通过关系式 进行计算。其中i取0，表示基本臂。σ20表示基本臂的第二最大接触应力。σ10表示危险截面的最大正应力。/>表示基本臂的截面形状系数。H0表示基本臂的截面高度。B0表示基本臂的截面宽度。Ti表示基本臂的的壁厚。基本臂的截面形状为四边形时，/>为1.21。基本臂的截面形状为五边形时，/>为1.13。基本臂的截面形状为六边形时，/>为1.02。基本臂的截面形状为八边形时，/>为0.93。
基于本申请提供的技术方案，伸缩臂包括基本臂、依次连接于基本臂的前端的多个外伸臂和滑块组件，基本臂的后端用于与高空作业机械的行走装置连接，与基本臂紧邻的外伸臂套设在基本臂内，多个外伸臂中相邻的两个外伸臂之间位于前侧的外伸臂套设在位于后侧的外伸臂内，滑块组件包括设置在基本臂和部分外伸臂的内壁的前部的多个第一滑块，高空作业机械的伸缩臂的设计方法包括如下步骤：确定外伸臂的设计参数，设计参数包括外伸臂的数量、材料、截面形状和每个外伸臂的尺寸参数，尺寸参数包括长度；确定伸缩臂的危险工况，根据设计参数获取在危险工况下每个外伸臂的最大正应力；针对每个外伸臂，根据每个外伸臂的最大正应力获取每个外伸臂的第一挤压区域的第一最大接触应力，第一挤压区域包括此外伸臂由于弯曲变形与第一滑块发生挤压的区域；以及判断每个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力是否均满足要求，如果某个/多个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力中的至少一个不满足要求，则重新确定某个/多个外伸臂的设计参数，直至某个/多个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力均满足要求。该方法对于不同型号产品的高空作业机械的的伸缩臂的设计均适用，而且采用该方法设计的臂体更具可靠性。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例的伸缩臂的危险工况示意图。
图2为本申请实施例的伸缩臂的截面形状示意图。
图3为本申请实施例的伸缩臂的危险截面示意图。
图4为本申请实施例的第一外伸臂处于缩回状态的示意图。
图5为本申请实施例的第一外伸臂处于伸出状态的示意图。
图6为本申请实施例的高空作业机械的伸缩臂的设计方法的流程图。
图中：
1、基本臂；2、第一外伸臂；3、第二外伸臂；4、第三外伸臂；5、第四外伸臂；6、伸缩臂的折弯区域；7、滑块组件；71、第一滑块；72、第二滑块；A-A、基本臂危险截面；B-B、第一外伸臂危险截面；C-C、第二外伸臂危险截面；D-D、第三外伸臂危险截面；E-E、第四外伸臂危险截面。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
参考图1和图2，在本实施例中，高空作业机械具体为高空作业车，该伸缩臂包括基本臂1、四节外伸臂和滑块组件7。基本臂1的后端与高空作业车的车身铰接，基本臂1的前端与四节外伸臂依次连接，四节外伸臂包括与基本臂1紧邻的第一外伸臂2以及依次设置在第一外伸臂2后侧的第二外伸臂3、第三外伸臂4和第四外伸臂5，第四外伸臂5的前端用于安装高空作业平台，与基本臂1紧邻的第一外伸臂2套设在基本臂1内，多个外伸臂中相邻的两个外伸臂之间位于前侧的外伸臂套设在位于后侧的外伸臂内。高空作业机械还包括与基本臂1连接的变幅油缸，变幅油缸用于驱动伸缩臂实现变幅。滑块组件7设置在相邻的两个臂节之间以有助于提高相邻两个臂节之间的搭接与伸缩平顺性。此处的臂节包括基本臂和多个外伸臂。具体地，滑块组件7包括设置在基本臂和部分外伸臂的内壁的前部的多个第一滑块71，前部泛指靠近臂节的前端面的位置，例如第一滑块71可以设置在臂节的前端，此时第一滑块71的前端面与臂节的前端面共面，或者第一滑块71设置在靠近臂节的前端的位置，此时第一滑块71的前端面与臂节的前端面具有一定的距离。此外，参见图2中的区域6，为了加强伸缩臂抵抗弯曲变形的能力，对臂体进行折弯处理。
该高空作业车在高空作业时，需要将伸缩臂变幅至一定角度，然后再将各节外伸臂伸出，以使高空作业平台到达指定的高度进行作业。在此情况下，臂体上不同位置处均受到较大的弯矩作用，因此对臂体的设计具有较高的要求。图4和图5示出了第一外伸臂2在缩回和伸出两种状态的示意图，其中第一滑块71是固定设置在基本臂1的前部内壁上的。当第一外伸臂2伸出时，由于重力的作用，导致第一外伸臂2弯曲变形从而对第一滑块71产生挤压，该挤压力会使得第一外伸臂2的相应区域受到较大的压应力，从而有发生失效的风险，在下文描述中，将该区域称为第一挤压区域。此区域上的应力往往较大且难以测定，而且发明人在试验过程中发现此区域是容易发生失效的区域，但是现有技术中对于臂体的设计并没有涉及此区域。
针对现有技术的缺点，本申请基于伸缩式臂体的受力特点，提供了一种高空作业机械的伸缩臂的设计方法，参考图6，该设计方法包括如下步骤：
S110，确定外伸臂的设计参数，设计参数包括外伸臂的数量、材料、截面形状和每个外伸臂的尺寸参数，尺寸参数包括长度；
S120，确定伸缩臂的危险工况，根据设计参数获取在危险工况下每个外伸臂的最大正应力；
S130，针对每个外伸臂，根据每个外伸臂的最大正应力获取每个外伸臂的第一挤压区域的第一最大接触应力，第一挤压区域包括此外伸臂由于弯曲变形与第一滑块71发生挤压的区域；以及
S140，判断每个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力是否均满足要求，如果某个/多个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力中的至少一个不满足要求，则重新确定某个/多个外伸臂的设计参数，直至某个/多个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力均满足要求。
具体地，在一些实施例中，通过多次试验拟合归纳获取每个外伸臂的最大正应力与第一最大接触应力之间的关系，这样只需获取每个外伸臂的最大正应力就可以根据以上关系获取难以测定的第一挤压区域的第一最大接触应力，进而基于两种应力分别对臂体进行设计与校核。只有当两种应力都符合设计要求时，才认定为设计合理，以提升臂体的可靠性。使用该方法可以较为便捷地评估臂节与第一滑块71发生挤压的区域的应力水平。且所提出的方法对于不同型号产品的高空作业机械的的伸缩臂的设计均适用。
在一些实施例中，获取在危险工况下的每个外伸臂的最大正应力包括确定伸缩臂发生失效时的变幅角度α，危险工况是伸缩臂在变幅角度为α且多个外伸臂全部伸出的工况，然后获取在危险工况下每个外伸臂的最大弯矩以及每个外伸臂的抗弯截面模量，并根据最大弯矩和抗弯截面模量计算最大正应力。
具体地，危险工况所对应的变幅角度α是基于试验和仿真获取的，当变幅角度为α时，伸缩臂最容易发生失效。例如在图1所示的具体实施例中，当变幅角度为49°且多个外伸臂全部伸出时，伸缩臂最容易发生失效。
在一些实施例中，获取每个外伸臂的抗弯截面模量包括根据外伸臂的截面形状和尺寸参数计算获取每个外伸臂的抗弯截面模量，获取在危险工况下每个外伸臂的最大弯矩包括获取每个外伸臂的重量以及施加在位于最前端的外伸臂的端部的载荷，并根据每个外伸臂的重量、载荷以及每个外伸臂的长度计算获取每个外伸臂的最大弯矩。
参考图3，当伸缩臂伸出时，通过多次试验或仿真获取每个外伸臂的弯矩最大处的截面，并将该截面定义为外伸臂的危险截面。例如，对于第一外伸臂2，B-B截面是第一外伸臂2的危险截面，对于第二外伸臂3，C-C截面是第二外伸臂3的危险截面，对于第三外伸臂4，D-D截面是第三外伸臂4的危险截面，对于第四外伸臂5，E-E截面是第四外伸臂5的危险截面。在已知材料性能、各个外伸臂的截面形状和尺寸参数的情况下，各个外伸臂的重量以及抗弯截面模量都是可以获取的，因此其最大正应力就可以通过公式获取，其中i＝1～4，i取1表示第一外伸臂，i取4表示第四外伸臂，σ2i表示第i外伸臂的最大正应力，Mi表示第i外伸臂的最大弯矩，Wi表示第i外伸臂的抗弯截面模量。而且在计算每个外伸臂的危险截面的最大弯矩时，除臂体自身重量外，还应考虑施加在第四外伸臂的最前端的载荷。
在一些实施例中，外伸臂的最前端用于安装作业装置，施加在位于最前端的外伸臂的端部的载荷包括作业装置的自身重量和1.25倍额定载荷。取1.25倍额定载荷可以使臂体的设计更加可靠。当然也可以根据设计需要调整额定载荷的倍数。
在一些实施例中，根据每个外伸臂的最大正应力获取每个外伸臂的第一挤压区域的第一最大接触应力包括根据最大正应力、外伸臂的截面形状和尺寸参数确定第一最大接触应力。具体地，通过仿真和试验获取每个外伸臂的第一最大接触应力与每个外伸臂的最大正应力、外伸臂的截面形状和尺寸参数之间的对应关系。
在一些实施例中，尺寸参数还包括高度、宽度和壁厚，根据每个外伸臂的最大正应力获取每个外伸臂的第一挤压区域的第一最大接触应力包括根据关系式获取第一最大接触应力，i＝1～n，i取1表示套设在基本臂内的第一外伸臂，i取n表示第n外伸臂，σ2i表示第i外伸臂的第一最大接触应力，σ1i表示第i外伸臂的最大正应力，/>表示第i外伸臂的截面形状系数，对于不同的截面形状，取不同的数值，Hi表示第i外伸臂的截面高度，Bi表示第i外伸臂的截面宽度，Ti表示第i外伸臂的壁厚。当臂节的壁厚分布不均匀时，Ti表示第i外伸臂的最薄板处的壁厚。
在一些实施例中，外伸臂的截面形状为四边形时，为1.21，外伸臂的截面形状为五边形时，/>为1.13，外伸臂的截面形状为六边形时，/>为1.02，外伸臂的截面形状为八边形时，/>为0.93。对臂体进行折弯处理产生的新的边数不纳入截面形状的考虑。
在一些实施例中，判断每个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力是否均满足要求包括判断每个外伸臂的最大正应力是否满足小于材料的许用应力并判断每个外伸臂的第一最大接触应力是否满足小于材料的屈服强度。其中许用应力是根据屈服强度来获取的。具体地，通过查阅相关材料，获取材料的屈服强度和要求安全系数，然后基于材料的屈服强度和要求安全系数，即可获得材料的许用应力。当然也可以通过拉伸试验测定材料的屈服强度。
在一些实施例中，判断每个外伸臂的最大正应力是否满足要求还包括判断多个外伸臂的最大正应力中最大值和最小值之间的偏差是否小于设定值。
在一些实施例中，设定值优选为12％。具体地，多个外伸臂的最大正应力中的最大值和最小值之间的偏差小于12％，表明此时各个外伸臂的最大正应力分布更加平均，材料利用率高。在此不对设定值做出具体限定，也可以根据需要取其它值。
在采用上述方法依次获取各个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力并判断是否满足要求后，还需要对基本臂1的应力情况进行判断。
在一些实施例中，伸缩臂还包括与基本臂1连接的变幅油缸，变幅油缸用于驱动伸缩臂变幅，滑块组件7还包括设置在多个外伸臂的外壁上的多个第二滑块72，第二滑块72设置在外伸臂的后部，后部泛指靠近各臂节的后端面的一段范围且包括第二滑块72的后端面与各臂节的后端面共面的情况，例如第二滑块72可以设置在臂节的后端，此时第二滑块72的后端面与臂节的后端面共面，或者第二滑块72设置在靠近臂节的后端的位置，此时第二滑块72的后端面与臂节的后端面具有一定的距离，设计方法还包括如下步骤：
获取在危险工况下基本臂1的与变幅油缸连接处的危险截面的危险截面弯矩；
获取基本臂1的抗弯截面模量，根据危险截面弯矩和基本臂1的抗弯截面模量获取危险截面上的最大正应力；
根据危险截面的最大正应力获取基本臂1的第二挤压区域的第二最大接触应力，第二挤压区域包括基本臂1的内壁与设置在第一外伸臂2上的第二滑块72发生挤压的区域，第一外伸臂2与基本臂1相邻设置且由于弯曲变形而导致第一外伸臂2的外壁上的第二滑块72与基本臂1的内壁发生挤压；以及
判断危险截面的最大正应力和第二最大接触应力是否均满足要求，如果危险截面的最大正应力和第二最大接触应力中的至少一个不满足要求，则重新确定基本臂1的设计参数，直至危险截面的最大正应力和第二最大接触应力均满足要求。
具体地，参考图3，由臂体的受力特点可知，变幅油缸与基本臂1的连接面A-A处弯矩值最大，因此将其称为基本臂1的危险截面A-A，通过计算A-A截面的危险截面弯矩获取A-A截面的最大正应力，并通过该最大正应力获取在第一外伸臂2伸出时，基本臂1的内壁与第一外伸臂2的外壁上的第二滑块72发生挤压的区域的第二最大接触应力。然后判断危险截面的最大正应力是否满足小于材料的许用应力并判断第二最大接触应力是否满足小于材料的屈服强度。
在一些实施例中，根据危险截面的最大正应力获取基本臂1的第二挤压区域的第二最大接触应力包括通过关系式 进行计算，其中i取0，表示基本臂，σ20表示基本臂的第二最大接触应力，σ10表示危险截面的最大正应力，/>表示基本臂的截面形状系数，H0表示基本臂的截面高度，B0表示基本臂的截面宽度，Ti表示基本臂的的壁厚，基本臂的截面形状为四边形时，/>为1.21，基本臂的截面形状为五边形时，为1.13，基本臂的截面形状为六边形时，/>为1.02，基本臂的截面形状为八边形时，/>为0.93。当基本臂的壁厚分布不均匀时，T0表示基本臂的最薄板处的壁厚。
在一些实施例中，判断危险截面的最大正应力和第二最大接触应力是否均满足要求包括判断危险截面的最大正应力是否满足小于材料的许用应力并判断第二最大接触应力是否满足小于材料的屈服强度。
在一些实施例中，若危险截面的最大正应力小于材料的许用应力，则还判断危险截面的最大正应力和多个外伸臂的最大正应力之间的最大偏差是否大于12％，如果最大偏差超过12％，则重新确定基本臂或与基本臂的最大正应力偏差大于12％的外伸臂的设计参数(具体为截面形状和尺寸参数)。
下面将详细描述本实施例的伸缩臂的设计与校核过程。
(1)首先确定伸缩臂由合金结构钢Q690制造，该材料的屈服强度为690MPa，要求安全系数为2.75，则其许用应力[σ]＝690/2.75＝251Mpa。
(2)确定各臂节的截面形状及尺寸参数，本实施例的伸缩臂截面形状统一为六边形，因此为1.02，此处折弯区域6产生的新的边数不纳入截面形状考虑。选取各臂节的高宽比Hi/Bi均为1.5，基本臂1的壁厚T0为3mm，其他四节外伸臂的壁厚均为2mm。
(3)确定变幅角度α为49°且各外伸臂全伸时为最危险工况，针对此工况进行计算分析。此外在本实施例中，伸缩臂还包括设置在基本臂1内的伸缩油缸，具体地，伸缩油缸的一半设置在A-A截面至B-B截面这段区域内，且A-A截面至B-B截面这段区域是基本臂长度的三分之一。表1示出了各部分重心至各危险截面的距离，表2示出了各部分的重量，表3示出了各危险截面所对应的抗弯截面模量。结合表1至表3的数据可以计算获取各危险截面对应的最大正应力以及该最大正应力所对应的最大接触应力。
表1各部分重心至危险截面的距离
表2各部分重量
单位：kg 重量
1.25倍额定载荷 250
作业平台总成 80
四伸臂 86
三伸臂 94
二伸臂 114
一伸臂 134
1/2伸缩缸 90
1/3基本臂 77
表3各危险截面的抗弯截面模量
(4)结合表1至表3的数据可以计算获取各危险截面的最大正应力以及该最大正应力所对应的挤压区域的最大接触应力。以危险截面A-A为例，说明A-A截面对应的危险截面应力和第二最大接触应力的计算过程。根据材料力学的公式可知，危险截面应力 然后基于本实施例的关系式/>计算第二最大接触应力，即 对于基本臂1，其危险截面应力为138.8MPa，小于许用应力，其第二最大接触应力为637.1MPa，小于屈服强度，因此设计合理。对于其他外伸臂，可以参照上述过程进行计算，具体不再赘述。计算结果详见表4。
表4各臂节危险截面的最大正应力和最大接触应力
由表4可知，对于基本臂1和各个外伸臂，其危险截面的最大正应力均小于许用应力且各个最大正应力之间的最大偏差为3％，小于优选设定值12％；最大接触应力均低于屈服强度，表明此伸缩臂的设计合理，材料利用率高。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本申请的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本申请技术方案的精神，其均应涵盖在本申请请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种高空作业机械的伸缩臂的设计方法，其特征在于，所述伸缩臂包括基本臂(1)、依次连接于所述基本臂的前端的多个外伸臂和滑块组件(7)，所述基本臂(1)的后端用于与所述高空作业机械的行走装置连接，与所述基本臂(1)紧邻的外伸臂套设在基本臂(1)内，所述多个外伸臂中相邻的两个外伸臂之间位于前侧的外伸臂套设在位于后侧的外伸臂内，所述滑块组件(7)包括设置在所述基本臂(1)和部分外伸臂的内壁的前部的多个第一滑块(71)，所述设计方法包括如下步骤：
确定所述外伸臂的设计参数，所述设计参数包括外伸臂的数量、材料、截面形状和每个外伸臂的尺寸参数，所述尺寸参数包括长度、高度、宽度和壁厚；
确定所述伸缩臂的危险工况，根据所述设计参数获取在所述危险工况下每个外伸臂的最大正应力；
针对所述每个外伸臂，根据关系式获取第一挤压区域的第一最大接触应力，i＝1～n，i取1表示套设在所述基本臂内的第一外伸臂，i取n表示第n外伸臂，σ2i表示第i外伸臂的第一最大接触应力，σ1i表示第i外伸臂的最大正应力，表示第i外伸臂的截面形状系数，对于不同的截面形状，取不同的数值，Hi表示第i外伸臂的截面高度，Bi表示第i外伸臂的截面宽度，Ti表示第i外伸臂的壁厚，所述第一挤压区域包括此外伸臂由于弯曲变形与所述第一滑块(71)发生挤压的区域；以及
判断所述每个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力是否均满足要求，如果某个/多个所述外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力中的至少一个不满足要求，则重新确定所述某个/多个外伸臂的设计参数，直至所述某个/多个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力均满足要求。
2.根据权利要求1所述的高空作业机械的伸缩臂的设计方法，其特征在于，所述获取在危险工况下的每个外伸臂的最大正应力包括确定所述伸缩臂发生失效时的变幅角度α，所述危险工况是所述伸缩臂在变幅角度为α且所述多个外伸臂全部伸出的工况，然后获取在所述危险工况下所述每个外伸臂的最大弯矩以及所述每个外伸臂的抗弯截面模量，并根据所述最大弯矩和所述抗弯截面模量计算所述最大正应力。
3.根据权利要求2所述的高空作业机械的伸缩臂的设计方法，其特征在于，所述获取每个外伸臂的抗弯截面模量包括根据所述外伸臂的截面形状和尺寸参数计算获取每个外伸臂的抗弯截面模量，所述获取在危险工况下每个外伸臂的最大弯矩包括获取所述每个外伸臂的重量以及施加在位于最前端的外伸臂的端部的载荷，并根据所述每个外伸臂的重量、所述载荷以及所述每个外伸臂的长度计算获取每个外伸臂的最大弯矩。
4.根据权利要求3所述的高空作业机械的伸缩臂的设计方法，其特征在于，所述外伸臂的最前端用于安装作业装置，所述施加在位于最前端的外伸臂的端部的载荷包括所述作业装置的自身重量和1.25倍额定载荷。
5.根据权利要求1所述的高空作业机械的伸缩臂的设计方法，其特征在于，所述外伸臂的截面形状为四边形时，为1.21，所述外伸臂的截面形状为五边形时，/>为1.13，所述外伸臂的截面形状为六边形时，/>为1.02，所述外伸臂的截面形状为八边形时，/>为0.93。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的高空作业机械的伸缩臂的设计方法，其特征在于，所述判断每个外伸臂的最大正应力和第一最大接触应力是否均满足要求包括判断所述每个外伸臂的最大正应力是否满足小于所述材料的许用应力并判断所述每个外伸臂的第一最大接触应力是否满足小于所述材料的屈服强度。
7.根据权利要求6所述的高空作业机械的伸缩臂的设计方法，其特征在于，所述判断每个外伸臂的最大正应力是否满足要求还包括判断所述多个外伸臂的最大正应力中最大值和最小值之间的偏差是否小于设定值。
8.根据权利要求7所述的高空作业机械的伸缩臂的设计方法，其特征在于，所述设定值为12％。
9.根据权利要求1所述的高空作业机械的伸缩臂的设计方法，其特征在于，所述伸缩臂还包括与所述基本臂(1)连接的变幅油缸，所述变幅油缸用于驱动所述伸缩臂变幅，所述滑块组件(7)还包括设置在多个外伸臂的外壁上的多个第二滑块(72)，所述第二滑块(72)设置在所述外伸臂的后部，所述设计方法还包括如下步骤：
获取在所述危险工况下所述基本臂(1)的与所述变幅油缸连接处的危险截面上的危险截面弯矩；
获取所述基本臂(1)的抗弯截面模量，根据所述危险截面弯矩和所述基本臂(1)的抗弯截面模量获取所述危险截面的最大正应力；
根据所述危险截面的最大正应力获取所述基本臂(1)的第二挤压区域的第二最大接触应力，所述第二挤压区域包括所述基本臂(1)的内壁与设置在第一外伸臂(2)上的第二滑块(72)发生挤压的区域，所述第一外伸臂(2)与所述基本臂(1)相邻设置且由于弯曲变形而导致所述第一外伸臂(2)的外壁上的第二滑块(72)与所述基本臂(1)的内壁发生挤压；以及
判断所述危险截面的最大正应力和所述第二最大接触应力是否均满足要求，如果所述危险截面的最大正应力和所述第二最大接触应力中的至少一个不满足要求，则重新确定所述基本臂(1)的设计参数，直至所述危险截面的最大正应力和所述第二最大接触应力均满足要求。
10.根据权利要求9所述的高空作业机械的伸缩臂的设计方法，其特征在于，所述根据危险截面的最大正应力获取基本臂(1)的第二挤压区域的第二最大接触应力包括通过关系式 进行计算，其中i取0，表示基本臂，σ20表示基本臂(1)的第二最大接触应力，σ10表示危险截面的最大正应力，/>表示基本臂的截面形状系数，H0表示基本臂的截面高度，B0表示基本臂的截面宽度，Ti表示基本臂的的壁厚，所述基本臂的截面形状为四边形时，/>为1.21，所述基本臂的截面形状为五边形时，/>为1.13，所述基本臂的截面形状为六边形时，/>为1.02，所述基本臂的截面形状为八边形时，/>为0.93。
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