考虑截面形变的伸缩臂臂架动力学特性研究*

谢 瑶，张 磊*，唐亚鸣，丁根宏

(1.河海大学 机电工程学院，江苏 常州 213022；2.河海大学 理学院，江苏 南京 210098)

0 引 言

伸缩臂臂架常见于起重机、挖掘机和高空作业车等工程机械中，广泛应用于建筑、消防等行业[1，2]。在工作过程中，伸缩臂臂架截面由于外力的原因容易产生拉伸、弯曲等变形[3]，直接影响到工程设备的工作性能。对此的相关研究方面，传统的梁理论忽略了翘曲、畸变等高阶变形，难以反映臂架真实的力学行为，所以有必要深入研究伸缩臂臂架的动力学特性。

针对伸缩臂臂架的动力学分析，国内外学者进行了深入的研究。王志彪、蒙树立[4，5]将臂架模拟成柔性体模型，结合柔性多体动力学和基础振动理论，建立了臂架的刚性模型和柔性模型；都亮[6]对高空作业车模型进行了运动弹性动力学分析，并基于KED方法对臂架系统的多柔体动力学方程进行了求解；李涛等[7-9]将臂架简化为具有端部质量的变截面阶梯梁，基于梁的振动理论，结合边界条件和连接处连续性条件，建立了伸缩臂的动力学模型，李圣[10]和SAWODNY O[11]基于哈密顿原理推导了各节臂架的振动方程，求解了臂架前三阶振型函数及固有频率。但在以上的研究中，臂架的动力学模型大都是通过解析法建模，求解过程复杂，且在建立臂架模型时很少考虑截面畸变、翘曲等高阶形变对于臂架动力学的影响，使得计算结果存在一定的误差。

本文考虑包括臂架截面拉伸、扭转、畸变、翘曲等形变的完全耦合，根据广义位移和广义坐标建立截面中线上的位移场，结合哈密顿原理，分别建立臂节和伸缩臂系统的动力学模型，并通过数值算例验证其可行性；……