架橋機(jī)行走系統(tǒng)的仿真分析

【摘 要】架橋機(jī)是一種復(fù)雜的起重機(jī)械，其運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，設(shè)計(jì)研發(fā)復(fù)雜，需要在設(shè)計(jì)研發(fā)階段進(jìn)行規(guī)模較大的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)以確定并優(yōu)化關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，以解決設(shè)計(jì)研發(fā)成本較高、周期較長等問題。

本文針對QJ40/160架橋機(jī)，采用Pro/E軟件建立架橋機(jī)的三維CAD模型，并在國內(nèi)率先使用Adams軟件對其進(jìn)行虛擬樣機(jī)研究及其運(yùn)動仿真分析。對架橋機(jī)卷揚(yáng)小車在啟動、勻速運(yùn)行和制動工況下進(jìn)行仿真模擬，得到吊重梁片的運(yùn)動擺動情況及其對橋架結(jié)構(gòu)的沖擊動載荷結(jié)果，在保證運(yùn)行安全的情況下，對比分析得到了運(yùn)行機(jī)構(gòu)的最高效運(yùn)行速度。為架橋機(jī)在設(shè)計(jì)階段的性能改進(jìn)和優(yōu)化提供指導(dǎo)，減少了架橋機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)成本，縮短開發(fā)周期。

【關(guān)鍵詞】架橋機(jī) 運(yùn)行問題 行走系統(tǒng) 動力學(xué)分析

1 引言

近年來，我國公路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展，架橋機(jī)也隨之快速增長起來。作為一種大型機(jī)械設(shè)備，架橋機(jī)屬于起重機(jī)范疇，在路橋等方面的建設(shè)工程中被廣泛地應(yīng)用。架橋機(jī)的主要功能是將鋼筋混凝土梁片或者預(yù)應(yīng)力混凝土吊裝后運(yùn)動并放置在設(shè)定的某個位置上。

虛擬樣機(jī)技術(shù)作為一種針對產(chǎn)品設(shè)計(jì)和測試評估的新技術(shù)被廣泛于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域。應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)可以對機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行整機(jī)級、系統(tǒng)級和部件級研究和評估，也可以對產(chǎn)品的某一特性進(jìn)行仿真分析和評價。。

2 架橋機(jī)虛擬樣機(jī)模型

在架橋機(jī)結(jié)構(gòu)簡化的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸的參數(shù)要求，利用三維CAD建模Pro/E軟件建立架橋機(jī)虛擬樣機(jī)裝配模型。

所以在建模的過程中應(yīng)當(dāng)對物理樣機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)合理化的簡化處理。

（1）建立架橋機(jī)虛擬樣機(jī)模型，在不影響仿真分析結(jié)果的情況下，對主梁支腿等部件的部分加強(qiáng)筋、肋板等部件做了適當(dāng)?shù)暮喕唬?）在整機(jī)建模分析時，對起升機(jī)構(gòu)、鋼絲繩、電機(jī)等部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕⑼ㄟ^其他技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)這些部件相同的功能。

3 架橋機(jī)的Adams模型

Adams本身的幾何建模功能比較簡單，一般需要先由CAD軟件建立好三維模型后，再導(dǎo)入到Adams中。在建立好準(zhǔn)確的架橋機(jī)三維模型，通過導(dǎo)出為Parasolid中間格式（.x_t），導(dǎo)入到Adams軟件中，建立架橋機(jī)動力學(xué)仿真模型。

4 架橋機(jī)仿真求解及結(jié)果分析

在實(shí)際工作時，運(yùn)行速度越快則架橋機(jī)的工作效率就越高，但是，如果運(yùn)行速度過快，則會影響到運(yùn)行安全問題。本文仿真的主要目的主要在不一樣速度下對架橋機(jī)進(jìn)行仿真，對結(jié)果進(jìn)行分析，確認(rèn)一個較好的速度，使架橋機(jī)在保證安全的前提下，提高作業(yè)效率。

本模型中對該架橋機(jī)分別使用三種勻速運(yùn)動速度（30mm/s、60mm/s、90mm/s）進(jìn)行模擬仿真，并分析哪種速度既安全又效率高。

分別對三種速度下的模型運(yùn)行15s的仿真運(yùn)算，在仿真結(jié)果中統(tǒng)一設(shè)置粗線曲線表示的是速度為30mm/s的曲線數(shù)據(jù)，虛線曲線表示的是速度為60mm/s的曲線數(shù)據(jù)，細(xì)線曲線表示的是速度為90mm/s的曲線數(shù)據(jù)得到仿真結(jié)果如下：

吊重梁片的移動位移和速度數(shù)據(jù)如圖1所示，其中左圖是梁片的在運(yùn)動方向的位移數(shù)據(jù)，右圖是梁片在運(yùn)動方向的速度數(shù)據(jù)。由于梁片是鋼絲繩連接，在隨卷揚(yáng)小車運(yùn)動過程中會有一定的晃動，仿真結(jié)果曲線準(zhǔn)確地描述了這個情況。從圖中可以看出，速度為30mm/s和60mm/s時，梁片運(yùn)行比較平穩(wěn)，在架橋機(jī)正常的設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，但是當(dāng)速度為90mm/s時，梁片的運(yùn)動波動情況較大，已經(jīng)超出了架橋機(jī)的設(shè)計(jì)和使用要求，所以在實(shí)際工作運(yùn)行時，架橋機(jī)不能按照90mm/s速度來運(yùn)行，以避免出現(xiàn)安全事故。。

5 結(jié)語

綜上所述，本文在研究虛擬樣機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對QJ40/160架橋機(jī)，建立其動力學(xué)模型，并運(yùn)用Adams軟件對架橋機(jī)進(jìn)行小車運(yùn)行的仿真和分析，在研發(fā)階段分析和評估架橋機(jī)的作業(yè)性能，確定并優(yōu)化關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，縮短了架橋機(jī)的設(shè)計(jì)過程，提高了架橋機(jī)的使用安全性能，為架橋機(jī)的設(shè)計(jì)使用提供了參考數(shù)據(jù)和有建設(shè)性的指導(dǎo)。

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作者簡介：王龍騰（1979—），男，碩士學(xué)位，高級工程師，從事起重機(jī)、電梯等機(jī)電類特種設(shè)備的檢驗(yàn)工作。