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        QTK16型快架塔塔身連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

        2015-08-02 08:35:40張家慶田春偉鮑會(huì)麗LIQiangWANGJinZHANGJiaqingTIANChunweiBAOHuili長(zhǎng)安大學(xué)道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陜西西安70064中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑機(jī)械化研究分院河北廊坊065000
        建筑機(jī)械化 2015年5期
        關(guān)鍵詞:塔身

        李 強(qiáng),王 進(jìn),張家慶,田春偉,鮑會(huì)麗LI Qiang, WANG Jin, ZHANG Jia-qing, TIAN Chun-wei, BAO Hui-li(.長(zhǎng)安大學(xué) 道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 70064;.中國(guó)建筑科學(xué)研究院 建筑機(jī)械化研究分院,河北 廊坊 065000)

        產(chǎn)品·技術(shù) Product.Technology

        QTK16型快架塔塔身連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

        李 強(qiáng)1,王 進(jìn)1,張家慶1,田春偉1,鮑會(huì)麗2
        LI Qiang, WANG Jin, ZHANG Jia-qing, TIAN Chun-wei, BAO Hui-li
        (1.長(zhǎng)安大學(xué) 道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710064;2.中國(guó)建筑科學(xué)研究院 建筑機(jī)械化研究分院,河北 廊坊 065000)

        [摘 要]基于桿組法對(duì)QTK16型快架塔塔身連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析,首先對(duì)塔身連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,將機(jī)構(gòu)分解成原動(dòng)件組和基本桿組,然后提出了對(duì)快架塔塔身連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的流程。運(yùn)用ADAMS軟件對(duì)塔身折疊運(yùn)動(dòng)過程作運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真,結(jié)果表明塔身主要結(jié)構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)起始和結(jié)束階段速度波動(dòng)較大,其余階段速度運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。塔身研究結(jié)論對(duì)同類型快架塔機(jī)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

        [關(guān)鍵詞]快架塔;塔身;連桿機(jī)構(gòu);運(yùn)動(dòng)分析;桿組法

        快速架設(shè)塔式起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱快架塔)是近年來國(guó)內(nèi)興起的一種新型起重設(shè)備,因其具有轉(zhuǎn)場(chǎng)方便、架設(shè)迅速、整機(jī)折疊后體積小等優(yōu)點(diǎn)收到各方廣泛關(guān)注??旒芩米陨頇C(jī)構(gòu)對(duì)臂架和塔身進(jìn)行折疊,折疊后整機(jī)尺寸變得特別小,適合于各個(gè)工地上來回調(diào)度使用??旒芩乃磉B桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎,依靠布置在塔身上的液壓連桿機(jī)構(gòu)就可完成自身折疊。塔身連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程復(fù)雜,因此對(duì)塔身連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析很有必要。本文基于桿組法對(duì)QTK16型快架塔塔身連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析,分析結(jié)果對(duì)同類型的快架塔機(jī)設(shè)計(jì)具有一定理論意義。

        1 塔身連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

        1.1 塔身連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

        圖1是QTK16型快架塔架設(shè)完成時(shí)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,塔身連桿機(jī)構(gòu)由下塔身、油缸、推桿1、推桿2、外塔身、塔身連桿、機(jī)架等8個(gè)構(gòu)件構(gòu)成 。從圖上可以看出塔身連桿機(jī)構(gòu)是包含液壓油缸的復(fù)雜平面連桿機(jī)構(gòu)。由平面自由度計(jì)算公式可得機(jī)構(gòu)自由度為一個(gè),即液壓缸筒和活塞桿間的移動(dòng)運(yùn)動(dòng),因此該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。隨著油缸的收縮,帶動(dòng)推桿1,推桿2運(yùn)動(dòng)。接著下塔身繞鉸點(diǎn)A順時(shí)針做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),同時(shí)外塔身繞鉸點(diǎn)E相對(duì)下塔身作逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn),最后整個(gè)塔身折疊,并水平地放置在機(jī)架上。塔身折疊過程的狀態(tài)如圖2,塔身最后完全折疊的狀態(tài)如圖3所示。

        圖1 塔身機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(立塔狀態(tài))

        圖2 塔身折疊過程狀態(tài)圖

        圖3 塔身完全折疊狀態(tài)

        1.2 塔身連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

        按照阿蘇爾桿組理論,機(jī)構(gòu)可以分為機(jī)架、原動(dòng)件、桿組等三部分,其中原動(dòng)件的自由度數(shù)等于機(jī)構(gòu)自由度,桿組自由度為零,桿組依次疊加到原動(dòng)件上。由于液壓連桿機(jī)構(gòu)中原動(dòng)件活塞桿3不與機(jī)架相連,因此不能用阿蘇爾桿組理論直接對(duì)液壓連桿機(jī)構(gòu)劃分。文獻(xiàn)1利用理論力學(xué)的辦法將液壓氣動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為具有可變長(zhǎng)度桿的桿組,以簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)分析,但桿件具有可變長(zhǎng)度,同樣不能調(diào)用現(xiàn)有桿組子程序。文獻(xiàn)2認(rèn)為液壓連桿機(jī)構(gòu)具有機(jī)構(gòu)的一個(gè)自由度,是機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件,并其定義為原動(dòng)桿組,在作用分析時(shí)缸體和活塞桿之間的運(yùn)動(dòng)按移動(dòng)副處理。這里的液壓油缸運(yùn)動(dòng)可以調(diào)用RPRⅡ即桿組子程序,使用方便。因此,本文按照文獻(xiàn)2的方法將液壓連桿機(jī)構(gòu)分為原動(dòng)件組,并對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行拆分。將機(jī)構(gòu)拆分為原動(dòng)件組2-3-4,Ⅱ級(jí)桿組4-5,Ⅱ級(jí)桿組6-7,機(jī)架8與單桿1,因此,該塔身平面連桿機(jī)構(gòu)為Ⅱ級(jí)機(jī)構(gòu)。

        2 塔身連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

        2.1 塔身連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析流程

        連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析是指在已知原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律前提下,求解其他活動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù),包括角位移、角速度、角加速度等,同時(shí)求解構(gòu)件上某點(diǎn)的位置、速度、加速度。連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析為動(dòng)力學(xué)分析及機(jī)構(gòu)優(yōu)化提供前期理論支撐。由快架塔塔身塔身折疊狀態(tài)圖2可以看出,原動(dòng)件組是連接于桿1上的,而桿1繞鉸點(diǎn)A轉(zhuǎn)動(dòng)。即原動(dòng)件組上點(diǎn)D的運(yùn)動(dòng)是建立在桿1的牽連運(yùn)動(dòng)和缸筒和活塞桿之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上的。因此,在建立機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型時(shí)先假設(shè)原動(dòng)件組外副B、C上具有確定的運(yùn)動(dòng)。依次為基礎(chǔ)導(dǎo)出鉸點(diǎn)D和構(gòu)件4的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。從而建立桿1輸入?yún)?shù)和油缸之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)間的關(guān)系。該過程的運(yùn)動(dòng)分析流程如圖4所示。

        圖4 連桿運(yùn)動(dòng)分析流程一

        在導(dǎo)出桿1與桿5、D點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)參數(shù)關(guān)系后,就可以用常規(guī)的桿組法求解塔身連桿機(jī)構(gòu)了。該過程的分析流程如圖5所示。

        圖5 連桿運(yùn)動(dòng)分析流程二

        2.2 運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果分析

        利用ADAMS軟件對(duì)QTK16型快架塔塔身折疊過程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。從外塔身的仿真結(jié)果可看出在折疊運(yùn)動(dòng)的起始和結(jié)束運(yùn)動(dòng)階段,加速度較大。其中在運(yùn)動(dòng)結(jié)束處加速度值達(dá)6.56mm/s2。在其它時(shí)段運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),速度較大,基本保持在80mm/s左右。從下塔身的運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果看,下塔身運(yùn)動(dòng)過程速度較小,同時(shí)在運(yùn)動(dòng)的起始和結(jié)束處存在一定加速度,其中結(jié)束階段加速度為3mm/s2,其余時(shí)段下塔身速度保持在30mm/s左右水平。通過仿真結(jié)果可以得出結(jié)論,在塔身折疊運(yùn)動(dòng)過程,塔身主要結(jié)構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)起始和結(jié)束階段速度波動(dòng)較大,其余階段速度運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),因此可以通過延長(zhǎng)塔身油缸啟動(dòng)和停止時(shí)間已達(dá)到減少運(yùn)動(dòng)沖擊的目的。

        3 結(jié) 論

        本文基于桿組法對(duì)快架塔塔身連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析,利用桿組理論對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了拆分,認(rèn)為此類復(fù)雜液壓連桿機(jī)構(gòu)可以分為原動(dòng)件組和基本桿組。接著,對(duì)相應(yīng)桿組進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。針對(duì)快架塔塔身油缸機(jī)構(gòu)并不與機(jī)架相連而是連接于搖桿1上的特殊情況,提出了先假設(shè)搖桿1運(yùn)動(dòng)情況已知情況下,推導(dǎo)出油缸相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和桿1運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間關(guān)系,從而使得此類復(fù)雜液壓連桿機(jī)構(gòu)可以用成熟的桿組解法完成運(yùn)動(dòng)分析。在此基礎(chǔ)上提出了運(yùn)動(dòng)分析流程,研究的結(jié)論為快架塔連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析及機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1] 孫 恒,陳作模,葛文杰.機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社,2005.

        [2] 曹惟慶.連桿機(jī)構(gòu)的分析與綜合[M].北京:科學(xué)出版社,2002.

        [3] 詹鵬舉.液壓氣動(dòng)復(fù)雜連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析與運(yùn)動(dòng)分析[J].昆明工學(xué)院學(xué)報(bào),1988,13(1):56-63.

        [4] 師忠秀,綦明正,程 強(qiáng).平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析及仿真[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào),2003,18(4):22-26.

        (編輯 賈澤輝)

        [基金項(xiàng)目]“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAJ02B04)

        [中圖分類號(hào)]TH213.3

        [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

        [文章編號(hào)]1001-1366(2015)05-0035-03

        [收稿日期]2015-01-20

        Analysis of QTK16 fast frame tower crane body connecting rod mechanism motion

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