隧道多功能作业车升降平台调平机构及其受力分析

2014-04-21聂一彪

机械工程师 2014年2期

聂一彪

（长沙悦诚机电科技有限公司,长沙 410075）

0 引言

随着国家基础建设的发展，基础建设市场一片繁荣，公路、铁路、水利正实现跨越式发展，其中隧道、水洞施工是公路、铁路、水利建设中重要的组成部分。目前国内外无纺布和防水板的铺设是靠搭简易台架，工人站在台架上对无纺布和防水板进行铺设。拱架安装靠一台挖掘机用挖斗吊着拱架，另一挖掘机用挖斗将工人送至拱架下，对拱架进行安装。这些都不符合施工规范。因此，设计适合隧道施工环境满足防水板铺设、拱架安装、隧道全断面检修、构件安装、小件吊装等作业需求的多功能作业设备迫在眉睫。我公司联合中南大学、中铁一局建工机械有限公司，在针对施工实际要求的基础上研制成功了JGMZY10型隧道多功能作业车。

图1

1 JGMZY10型隧道多功能作业车简况

该作业车主要由履带底盘、机身、司机室、吊机、升降平台、调平机构、防水板支架、防水板托架等部分组成［1－4］，如图 1 所示。

2 升降平台调平机构

当隧道多功能作业车在带坡度的地面上工作时，升降平台也会随着整机形成坡度，进而影响整机安全性。根据ANSI/SIA A92.6-2006标准的要求，升降平台的坡度应小于5°。因此需要设计成一种能够在升降平台处于倾斜状态时对升降平台进行调平的结构。

图2 升降平台与调平机构连接示意图

图3 调平机构结构示意图

为了使调平过程中升降平台更平稳、操作更便利，JGMZY10型隧道多功能作业车调平机构采用前推四连杆式调平方式。前推四连杆式调平机构由举升臂、拉杆、油缸及各铰点等零部件组成，举升臂的3个铰接点，一个固定在升降平台底架上，一个与拉杆连接，一个与油缸上支点连接，油缸下支点及拉杆下支点固定在机身车架上，其结构如图2～图3所示。

2.1 数学模型的建立

图4 调平机构数学模型

选升降平台与车架的交点O为坐标系原点。X轴的正向朝左，Y轴的正向朝上。如图4所示，图中ABC为举升臂的三个铰点，绕A点作圆周运动，BD为拉杆，绕D点作圆周运动。CE为举升油缸，绕E点作圆周运动（活塞既作圆周运动同时又作直线往复运动），G点为升降平台质心。

2.2 举升调平机构的受力分析与载荷计算

图5 调平机构杆组的拆分

此调平机构举升油缸是主动件，整个机构除机架外，就是一个Ⅲ级有源杆组，不能再分，根据杆组理论，要对其进行分析必须知道内点 A、B、C 初始近似值，而要得到内点的近似值比较困难，如果把举升角度α虚拟给出，把升降平台看作主动件，根据杆组分析理论升降平台举升调平机构可拆分为如图5基本杆组：升降机作为一个单构件，拉杆和举升臂做为一个Ⅱ级杆组。如果只进行运动分，拆分为一个单构件和两个Ⅱ级杆组非常简单，但是进行受力就比较困难，因为C点的外力不能直接求出。如果对机构进行受力分析，把机构拆分为一个Ⅲ级有源杆组就非常简单。因此，根据分析和求解方便的原则，在运动分析时，将调平机构拆分为一个单构件和两个Ⅱ级杆组，受力分析时拆分为一个Ⅲ级有源杆组。本调平机构的使用，是在整机开始工作前调平，关注的重点不在于运动分析，因此，本文仅对调平机构做受力分析。

1）升降平台受力分析（如图6）：