新型钢拱架安装机工作装置的设计与仿真分析

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1、隧围匿回国圈fEQUIPMENTMANAGEMENTANDMAINTENANCE文章编号：1000033X(2013)060096—03新型钢拱架安装机工作装置的设计与仿真分析董志斌(郑州铁路职业技术学院机电工程系，河南郑州450052)摘要：为实现国内隧道施工中拱架安装的机械化操作，设计了一种新型的钢拱架安装机械。运用虚拟样机技术建立模型，在ADAMS中对其进行了运动学仿真分析，得到了机械手臂的工作范围。通过分析验证了机构设计的合理性和实用性，并为有限元分析和液压系统设计提供了理论依据。关键词：铜拱架；ADAMS；虚拟样机；仿真分析中图分类号：U455

2、．3文献标志码：BDesignandSimulationAnalysisofWorkingDeviceofNewSteelArchInstallati0nMachineDONGZhi—bin(DepartmentofMechanical&ElectricalEngineering．ZhengzhouRailwayVocational＆TechnicalCollege，Zhengzhou450052，Henan，China)Abstract：Toachieveauto—installationofsteelarchintunnelconstruction，

3、anewsteelarchinstallationmachinewasdesigned．Virtualprototypetechnologywasusedtobuildmodel，andtheworkingrangeofinstallationarmwasobtainedbysimulationanalysisofkinematicswithADAMS．Thereasonablenessandpracticalityofthedesignedmechanismwereverified．Theresultsprovidetheoreticalbasisfo

4、rfiniteelementanalysisandthedesignofhydraulicsystem．Keywords：steelarch；ADAMS；virtualprototype；simulationanalysis阶法是比较常见的一种方式。常速铁路隧道复合式0引言衬砌断面部分尺寸参数如图1所示。根据设计截至2012年，中国建成通车的铁路隧道总数量要求，由隧道尺寸数据经过分析计算，要把钢拱架输超过10000座，总长度突破10000km，已经遥遥领送到隧道顶部安装位置，机械手臂的工作高度约13先世界其他国家，但铁路软岩隧道施工水平还处于m，水平工作

5、距离约为13m。机械化初期。随着隧道施工要求的不断提高，为了保证钢拱架的安装质量和效率，急需开发研制一种能够满足国内隧道施工要求的钢拱架安装设备，进行拱架安装的机械化操作，实现隧道施工的机械化配套作业_】。本文运用虚拟样机技术，在新型的钢拱架安装机设计初期分析、评估产品性能，确定、优化物理样机参数，能很大程度地降低新产品的开发风险，缩短研发周期。1设计要求及工作范围单位：illm图1钢拱架安装机械的工作范围在软围岩隧道中，多采用台阶法施工，其中两台收稿日期：2012—102796EQUIPMENTMANAGEMENTANDMAINTENANCEl匿围围匿

6、国圈轴，高度方向为y轴，建立坐标系。姿态调整机构2钢拱架安装机的结构及工作原理的原理如下：小臂与腕部之问的油缸负责整个姿态安装机主要由行走机构、回转平台、液压动力单调整机构绕Z轴方向的转动；倾斜液压缸和手部转元、液压控制单元、大小臂工作机构、姿态调整机构动液压马达负责钢拱架绕y轴方向以及X轴方向和抓持机构等部分组成，如图2所示。采用液压底的转动；抓持液压缸用来抓取、夹紧钢拱架，保证在盘为行走机构提供稳定可靠的动力，大小臂为安装转动及运输过程中钢拱架的稳定。机构提供运动基础，其他工作机构实现工件的翻转、3机械手臂虚拟样机的建立圆周运动、左右摆动以及工件的抓

7、取与夹紧。大臂固定在车体前端，由液压缸驱动，小臂末端连接钢拱拱架安装机构的整体结构较为复杂，为了便于架姿态调整及抓持机构。姿态调整及抓持机构包括实现仿真分析，在SolidWorks中建立各部件模型，腕部油缸、手部回转马达、倾斜油缸、抓持油缸等。并进行装配，得到钢拱架安装机械手臂装配模型如久小臂[作机构图4所示。液压图4钢拱架妥装机械手臂装配模型仃疋L构装配完成后，通过COSMOSMotion模块将模图2拱架安装机的主要组成部分型导人ADAMS中，设定重力加速度、各部件的材手臂是本设备的工作装置，可以看成是一个具料属性、修改约束，添加驱动后形成虚拟样机模型

8、。有5个自由度的开式运动链(图3)，把钢拱架输送在液压油缸的活塞杆与缸体之间添加