轮式全地面起重机优化设计与超起模式展开工作面设计研究

为模块化8*8越野救援车队选型设计探索而进行的过程设计

王博文©

关键词：500吨全地面起重机概念与优化设计；超起模式机构结构设计；风场CFD流-固耦合力学分析；多体系统动力学虚拟样机验证；

技术范围：机械设计学/结构有限元/数字化场与多体动力学联合仿真

此项目是本人2021年过程设计项目，主要是为了后期开展的8*8通用模块化救援车队技术探索而进行的复杂上装项目初期设计而开展的过程技术研究。主要用于开展轮式全地面起重机展开作业面超起模式稳定性控制和风洞耦合数字化联合仿真研究。依据国外同类产品现有公开技术资料，优化主流500吨全地面起重机总图，进行了上装部分的创新设计与三维精确建模，底盘基于可视化精确坐标建立数字化参数模型，下车底盘通过性能和地形适应能力进行优化，并采用数字化路面进行联合仿真。上车动力学作业模式仿真，吊臂与塔臂的结构有限元分析，并根据最新文献和各主流工程机械公司年度产品性能参数可以得出一个清醒判断，在主塔臂三段体空间稳定性姿态研究及受拉缆索高空风载多向受力稳定性分析，目前本人数字化实验室在此领域已经具有部分领先技术。该过程设计项目已完成数字化总图设计与3D精确建模；基于ANSYS的吊臂结构有限元分析；上车及下车主要部件安装布置方案优化设计；原型车的概念设计与优化；作业流程设计与基于数字化路面的底盘转向与悬架系统动力学分析联合仿真；基于ADAMS/view动态参数化虚拟样机的系统动力学仿真，展开作业面及超起模式塔臂三段体稳定性分析和缆索受力平衡分析，展开作业面及缆索受力分析，整车作业工况稳定性分析。尤其在副卷扬机模块总成和塔臂三段体缆索动态稳定方面拥有专有技术。

目前，专业化救援市场空间广阔，世界范围内的专业化消防救援装备在技术细分市场上需求，有向超高，远距离吊装方面发展的趋势。救援车队多车组合，功能模块化配合，实现大跨度，尤其是山体、城市街区间大跨度车辆模块化实施救援，具有多样化的工程应用场景。超高、超远吊装作业的最大危险来自于吊装动态过程中的重心偏移，整机失稳造成的倾覆。在全地形起重机设计过程中，除了概念设计和创新优化之外，关注很多是整机稳定性研究，底盘通过性能研究。因为在作业展开工作面情况下的超高、超远距离吊装控制算法的设计，主要是动力学和整机稳定性控制，精确定位系统，无人化吊装系统，模块化作业系统。由于部分起重机关键部件材料和加工工艺等各方面都受到现有技术和材料限制。很多我们能够获取的材料性能并无法达到国外同类产品的刚度和强度，忽略材料性能去对标同类产品并不现实，工程代价也很惨重。所以，从上车功能性和特殊作业适用范围上突破，去开辟一些广泛适用场景的功能亦将具有一定现实意义。

我们熟悉的普通汽车起重机具有三个弱点：第一、普通汽车起重机底盘是普通公路型牵引底盘，通过性能差，通过一个不平整场地通常要先“铺路”，然而抢险救援的地方大部分已是道路损毁地段，通常无法行进。第二、上装模块总成无法功能拓展，上车吊装配重范围小无法扩展自带卷扬机构，普通汽车起重机自带卷扬机构位置和重心固定，无法适应大角度远程吊装的稳定性要求，谈不上远程吊装，也无法实施场地救援。第三、作业模式及其自身携带的支腿机构稳定性设计存在缺陷，其稳定机构铰接点缺乏有效约束，在遇到动态失稳的工况下容易导致节点结构失效导致整机倾覆。为了避免救援的装备成为被救援的对象，所以需要对参与救援的起重机整机进行革命性改进，而不是简单局部优化，已经非常必要且紧迫。

在这种情况下，全地形通用模块化救援车队项目就是要通过整合现有工程机械各自特点和优势，全新打造一支适合多场地地形和全天候条件下的弹性功能。后续，对于全地形起重机的研发将转向中小型越野救援车队模块，发挥快速搭乘空运海运联合运输的高机动性优势。迁移上装起重机，进行功能模块适用性改进设计，小型化和通用化上装总成，搭配8*8轮式越野底盘，成为高速机动的轮式越野救援车队中的一个主力模块单元。

关于此项目的其他有关信息

500吨全地形起重机超起模式展开作业面流程设计示意

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