聶一彪

（長(zhǎng)沙悅誠(chéng)機(jī)電科技有限公司,長(zhǎng)沙 410075）

0 引言

隨著國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)市場(chǎng)一片繁榮，公路、鐵路、水利正實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，其中隧道、水洞施工是公路、鐵路、水利建設(shè)中重要的組成部分。目前國(guó)內(nèi)外無(wú)紡布和防水板的鋪設(shè)是靠搭簡(jiǎn)易臺(tái)架，工人站在臺(tái)架上對(duì)無(wú)紡布和防水板進(jìn)行鋪設(shè)。拱架安裝靠一臺(tái)挖掘機(jī)用挖斗吊著拱架，另一挖掘機(jī)用挖斗將工人送至拱架下，對(duì)拱架進(jìn)行安裝。這些都不符合施工規(guī)范。因此，設(shè)計(jì)適合隧道施工環(huán)境滿足防水板鋪設(shè)、拱架安裝、隧道全斷面檢修、構(gòu)件安裝、小件吊裝等作業(yè)需求的多功能作業(yè)設(shè)備迫在眉睫。我公司聯(lián)合中南大學(xué)、中鐵一局建工機(jī)械有限公司，在針對(duì)施工實(shí)際要求的基礎(chǔ)上研制成功了JGMZY10型隧道多功能作業(yè)車。

圖1

1 JGMZY10型隧道多功能作業(yè)車簡(jiǎn)況

該作業(yè)車主要由履帶底盤、機(jī)身、司機(jī)室、吊機(jī)、升降平臺(tái)、調(diào)平機(jī)構(gòu)、防水板支架、防水板托架等部分組成［1－4］，如圖 1 所示。

2 升降平臺(tái)調(diào)平機(jī)構(gòu)

當(dāng)隧道多功能作業(yè)車在帶坡度的地面上工作時(shí)，升降平臺(tái)也會(huì)隨著整機(jī)形成坡度，進(jìn)而影響整機(jī)安全性。根據(jù)ANSI/SIA A92.6-2006標(biāo)準(zhǔn)的要求，升降平臺(tái)的坡度應(yīng)小于5°。因此需要設(shè)計(jì)成一種能夠在升降平臺(tái)處于傾斜狀態(tài)時(shí)對(duì)升降平臺(tái)進(jìn)行調(diào)平的結(jié)構(gòu)。

圖2 升降平臺(tái)與調(diào)平機(jī)構(gòu)連接示意圖

圖3 調(diào)平機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

為了使調(diào)平過(guò)程中升降平臺(tái)更平穩(wěn)、操作更便利，JGMZY10型隧道多功能作業(yè)車調(diào)平機(jī)構(gòu)采用前推四連桿式調(diào)平方式。前推四連桿式調(diào)平機(jī)構(gòu)由舉升臂、拉桿、油缸及各鉸點(diǎn)等零部件組成，舉升臂的3個(gè)鉸接點(diǎn)，一個(gè)固定在升降平臺(tái)底架上，一個(gè)與拉桿連接，一個(gè)與油缸上支點(diǎn)連接，油缸下支點(diǎn)及拉桿下支點(diǎn)固定在機(jī)身車架上，其結(jié)構(gòu)如圖2～圖3所示。

2.1 數(shù)學(xué)模型的建立

圖4 調(diào)平機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型

選升降平臺(tái)與車架的交點(diǎn)O為坐標(biāo)系原點(diǎn)。X軸的正向朝左，Y軸的正向朝上。如圖4所示，圖中ABC為舉升臂的三個(gè)鉸點(diǎn)，繞A點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)，BD為拉桿，繞D點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)。CE為舉升油缸，繞E點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)（活塞既作圓周運(yùn)動(dòng)同時(shí)又作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)），G點(diǎn)為升降平臺(tái)質(zhì)心。

2.2 舉升調(diào)平機(jī)構(gòu)的受力分析與載荷計(jì)算

圖5 調(diào)平機(jī)構(gòu)桿組的拆分

此調(diào)平機(jī)構(gòu)舉升油缸是主動(dòng)件，整個(gè)機(jī)構(gòu)除機(jī)架外，就是一個(gè)Ⅲ級(jí)有源桿組，不能再分，根據(jù)桿組理論，要對(duì)其進(jìn)行分析必須知道內(nèi)點(diǎn) A、B、C 初始近似值，而要得到內(nèi)點(diǎn)的近似值比較困難，如果把舉升角度α虛擬給出，把升降平臺(tái)看作主動(dòng)件，根據(jù)桿組分析理論升降平臺(tái)舉升調(diào)平機(jī)構(gòu)可拆分為如圖5基本桿組：升降機(jī)作為一個(gè)單構(gòu)件，拉桿和舉升臂做為一個(gè)Ⅱ級(jí)桿組。如果只進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分，拆分為一個(gè)單構(gòu)件和兩個(gè)Ⅱ級(jí)桿組非常簡(jiǎn)單，但是進(jìn)行受力就比較困難，因?yàn)镃點(diǎn)的外力不能直接求出。如果對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析，把機(jī)構(gòu)拆分為一個(gè)Ⅲ級(jí)有源桿組就非常簡(jiǎn)單。因此，根據(jù)分析和求解方便的原則，在運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，將調(diào)平機(jī)構(gòu)拆分為一個(gè)單構(gòu)件和兩個(gè)Ⅱ級(jí)桿組，受力分析時(shí)拆分為一個(gè)Ⅲ級(jí)有源桿組。本調(diào)平機(jī)構(gòu)的使用，是在整機(jī)開始工作前調(diào)平，關(guān)注的重點(diǎn)不在于運(yùn)動(dòng)分析，因此，本文僅對(duì)調(diào)平機(jī)構(gòu)做受力分析。

1）升降平臺(tái)受力分析（如圖6）：

－FAx（Ay-Oy）-FAy（Ax－Ox）=FGx（Gy-Oy）-FGy（Gx-Ox）。（3）

2）拉桿受力分析（如圖 7）：

3）舉升臂受力分析（如圖8）：

4）油缸受力分析（見(jiàn)圖 9）：

圖6 升降平臺(tái)受力分析

圖7 拉桿受力分析

圖8 舉升臂受力分析

圖9 油缸受力分析

將上述式（1）～（12）聯(lián)立，求解線性方程組就可以得到各鉸點(diǎn)的受力情況。

設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果表明，受升降平臺(tái)以及機(jī)身空間布置的限制，在優(yōu)選了相關(guān)鉸點(diǎn)的情況下，仍需對(duì)升降平臺(tái)右側(cè)底架（圖4所示O點(diǎn)側(cè)）進(jìn)行加固處理。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)四連桿調(diào)平機(jī)構(gòu)舉升臂的舉升，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道多功能作業(yè)車升降平臺(tái)的調(diào)平，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易。實(shí)踐證明，利用桿組法對(duì)調(diào)平機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)計(jì)是有效的。

［參考文獻(xiàn)］

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