隨著汽車起重機起吊性能的越來越大，起重臂截麵形式從最原始的四邊形截麵逐步的發展到多邊形截麵，進而發展到U形截麵，截麵形式不斷優化。
U形截麵臂在有效減輕起重臂自重的同時，能最大限度地發揮材料的力學性能，從而提高大噸位汽車起重機在大幅度、高起升高度情況下的起重性能。與此同時還解決了局部容易失穩的問題，大大的提高了起重機的可靠性和穩定性。
一、伸縮式臂架截麵形式的分析
目前，汽車起重機的起重臂截麵形式主要有四邊形、六邊形、八邊形、十二邊形、U形和橢圓形。
四邊形截麵是由翼緣板和腹板焊接而成的，它製造工藝相對簡單，具有良好的抗彎剛度，適用於強度比較低的材料；對於高強度材料不能充分發揮材料的承載能力，不能很好地傳遞扭矩和橫向力，需設附加支承；而且在四個角點處最容易產生應力集中；底板、腹板受較大的壓應力作用，常出現局部失穩。一般用於中小噸位的輪式起重機。
為了避免上述不利因素，提高腹板的穩定性，研製出了六邊形及其它多邊形截麵。這些截麵的共同點是采用大圓弧過渡，腹板高度減小，受力狀況得到改善。而且這些截麵實際計算寬度較小，有利於提高局部抗失穩能力。前後滑塊均支承在四角處，伸縮臂各板不產生局部彎曲，且能較好地傳遞扭矩與橫向力，這些多邊形截麵的伸縮臂能較好地發揮材料機械性能，減輕結構自重。因此這些截麵形式被普遍的采用。
橢圓形截麵是一種受力較理想的吊臂截麵形式，其截麵上彎板為大圓弧槽形板，下彎板為橢圓形槽形板，且由下向上收縮，其重量優化，抗扭性能顯著，具有獨特的穩定性和抗屈曲能力。適用於高強度材料，能充分發揮材料的性能，但是該截麵需要側向支承，製造工藝複雜，吊臂在彎型技術上的難度大，需要大型的折彎機等專業化配套設備，而且對焊接質量要求相對較高，目前尚未被普遍采用。
U形截麵是經過優化計算得出的較為合理的截麵形式，其截麵上彎板為大圓角槽型彎板，下彎板為U形槽型彎板。通過對比分析，U形截麵臂有如下優點：
1.U型截麵的橫向抗彎剛度和抗扭剛度優於其它截麵形式；
2.U型側板的上半部拉應力較大，提高了側板的穩定係數；
3.U形的下底板有利的提高了抗局部失穩的能力；
4.在起重性能相同的情況下，U形截麵的起重臂降低了起重臂的重量，提高了汽車式起重機的起重性能；
5.U型截麵伸縮臂在套接處有較小的應力和較好的應力分布；
6.在相同的截麵積、相同受力情況下，U型截麵起重臂極大提高了其抗變形能力。
二、U形伸縮吊臂優化設計方案的設定
鑒於U形截麵臂的諸多優點，北方交通20T以上新一代起重機的臂架普遍采用U型截麵。以凱帆牌QY50U汽車起重機的伸縮吊臂為例，首先是QY50U的吊臂優化設計方案的設定。
第一步建立參數化模型，即建立參數化有限元分析模型；
第二步提取截麵特性參數和麵積參數；
第三步生成優化分析文件；
第四步是定義設計變量、狀態變量及目標函數，選擇吊臂的截麵特性作為狀態變量，其截麵麵積作為目標函數；
第五步是進行優化，並獲得優化結果；
第六步對所得截麵尺寸的吊臂再用有限元法精確校核吊臂的強度、剛度及局部穩定性；
若這些條件不滿足，則需調整設計變量的上、下限，再運行上述優化過程，直至滿足要求。采用這樣的優化方法就避免了將有限元分析過程作為優化分析文件帶來計算量很大、運行時間長的缺點。
具體到每節臂的優化設計問題,考慮兩個非常重要的工況：基本臂工況和全伸臂工況。由基本臂工況通過優化設計確定基本臂截麵尺寸和壁厚，並由各節臂之間的間隙確定其餘各節臂的截麵尺寸，然後再由全伸臂工況確定其它節臂的壁厚。
三、U形伸縮吊臂優化設計過程及分析
U形伸縮吊臂優化設計過程主要有三個方麵的內容，一是基本臂截麵的優化設計，二是其餘節臂截麵尺寸的確定，三是運用有限元法對吊臂的強度、剛度及局部穩定性進行精確校核。
基本臂截麵的優化設計過程——作為吊臂來說，總希望在不發生局部失穩的前提下，壁厚設計得薄一點，截麵設計大一些。但由於受整機尺寸的限製，吊臂外形尺寸不能增大，因而隻能在截麵總高和總寬保持不變的條件下進行截麵的優化。
整個過程用ANSYS 自帶的優化模塊來實現，采用較精確的一階優化方法求解，對於含有設計變量和狀態變量的約束優化問題，ANSYS 先用懲罰函數法將其轉化為無約束優化問題，經過多次的迭代，最終確定了吊臂的形狀。
最終可通過檢測得出，各折板長度逐步的接近，腹板高度進一步減小，下部趨近於圓弧，這樣就大大的增強了腹板局部穩定性。
在基本臂截麵尺寸優化確定後，便可根據每節臂之間的間隙大小用作圖法定出其餘節臂的尺寸。而每節臂的厚度則根據全伸臂時的強度、剛度及局部穩定性要求來確定。調整後每節臂的壁厚都有所減小。
優化前後吊臂截麵麵積及吊臂筒體重量都有所變化。吊臂優化前的筒體重量為8755kg，優化後較優化前減輕了8.8% 的重量。采用優化設計可有效的減輕臂體的重量，從而提高整機的起重性能；針對吊臂截麵參數進行優化設計，由截麵特性作為狀態變量約束條件，可大大減少優化迭代時間，使得吊臂優化設計成為可能。QY50U汽車起重機吊臂的優化設計方法同樣適用於其它形狀的吊臂優化設計。
在優化設計之後，又對QY50U吊臂的強度、剛度及局部穩定性進行了校核，確保優化結果的可靠性和實用性。通過對主臂的三維建模單元的選取和網格的劃分載荷的施加和約束的處理等一係列過程，最終得出各個臂段在不同工況下的位移雲圖應力雲圖相應的應力值表。
通過數據和圖樣表明：經過優化設計之後的QY50U，吊臂的強度、剛度及局部穩定性均符合要求，並且各技術性能指標都有一定的提高。
在理論設計之後，又對優化設計之後的QY50U汽車起重機進行了結構應力的測試實驗。首先選取結構應力測試工況，然後對結構應力試驗測點進行合理的布置，最後通過測試得出結構應力試驗結果。
通過將測點處計算應力的理論值與實測值比較可得知，實測值和理論值兩者得出的結果相近，說明設計計算出的數值是準確的，各測點應力值均小於許用應力，結構強度滿足設計要求。
經過起重臂的優化設計，QY50U優化後比優化前的起重性能要優越很多，在基本臂工況下比較可見，在5米以上幅度，QY50U的起重性能提升約5.2%左右，在中長臂工況下比較可見，QY50U的起重性能提升約8.5%左右，在全伸臂工況下比較可見，QY50U的起重性能提升約7.5%左右。
四、U形臂在汽車起重機上的應用與展望
目前，北方交通已經把“U”形臂技術成功的應用到了6個噸級的產品上，已經形成了新一代的U形臂係列型譜，主要產品包括QY20U、QY25U、QY25U5、QY35U5、QY50U、QY70U，這些產品的技術性能指標都達到國內領先水平，深受國內外客戶的認可和好評。
通過U形臂汽車起重機的研發，北方交通形成了自己的技術、專有技術，生產出了一係列具有北方交通特色的汽車起重機。未來，北方交通起重機事業部全體工程技術人員將再接再厲，不斷地開拓進取，與時俱進，以市場為核心，以用戶需求為導向，為推動中國起重機的發展與進步。
