模塊化建筑起模系統(tǒng)

吳東東，范久臣

(1.青島科技大學(xué) 自動化學(xué)院，山東 青島 266042;2.北華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，吉林 吉林 132021)

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模塊化建筑起模系統(tǒng)

吳東東1,2，范久臣2*

(1.青島科技大學(xué) 自動化學(xué)院，山東 青島 266042;2.北華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，吉林 吉林 132021)

設(shè)計了起模機(jī)構(gòu)的起升/頂升裝置以及尺寸調(diào)節(jié)裝置。液壓缸和液壓馬達(dá)組成了液壓控制系統(tǒng)。通過ansys軟件對頂升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度分析以及壓桿穩(wěn)定性校核。采用RecurDyn動力學(xué)仿真實(shí)現(xiàn)了尺寸調(diào)節(jié)的動態(tài)過程。

模塊化建筑；起模系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)

0 引 言

模塊化建筑作為一個新興行業(yè)，具有非常巨大的市場潛力。模塊化建筑需要模塊化墻體的制作和運(yùn)輸?shù)谋ＷC，其中,在制作中的起模過程急需能夠自動完成全過程的自動化機(jī)設(shè)備。目前,國內(nèi)在模塊墻體制作中大多使用傳統(tǒng)的起模設(shè)備，設(shè)備自動化程度低，效率也不高，浪費(fèi)人力。我們在傳統(tǒng)起模機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入了針對不同模塊墻體大小的尺寸調(diào)節(jié)裝置，并對整個裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和改進(jìn)，使之能更好地滿足使用要求。

1 系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)

1.1 起模系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)

液壓起模系統(tǒng)主要靠液壓缸實(shí)現(xiàn)不同的動作，即實(shí)現(xiàn)對模塊的翻轉(zhuǎn)起升和頂升脫離動作。起升液壓系統(tǒng)主要靠兩個與底座相鉸接的液壓缸伸縮來實(shí)現(xiàn)功能。需要用不同的閥來實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能和鎖死功能。脫模是靠裝置上方安裝在齒輪齒條機(jī)構(gòu)上的兩個液壓缸實(shí)現(xiàn)的[1-4]，伸出的液壓桿直接將澆筑好的模塊頂出。

技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 技術(shù)參數(shù)

在以上技術(shù)參數(shù)中，起重量和載荷中心距決定了起升系統(tǒng)的承載能力，起升角速度體現(xiàn)工作裝置的工作效率，起升角度和起升高度則體現(xiàn)了與后續(xù)生產(chǎn)步驟的連續(xù)性[5]

為實(shí)現(xiàn)功能，起升機(jī)構(gòu)和頂升機(jī)構(gòu)布局如圖1所示。

圖1 起模系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計圖

整個機(jī)構(gòu)的模型建立如圖2所示。

圖2 起升機(jī)構(gòu)整體模型

1.2 可調(diào)式頂模機(jī)構(gòu)的設(shè)計

模塊化建筑在生產(chǎn)過程中，要生產(chǎn)尺寸大小不同的模板墻體，以滿足不同的房型、不同部位的需求，具體反映到起模翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的要求就是需要起模系統(tǒng)能對不同尺寸大小的模板墻體進(jìn)行頂升，頂模液壓缸的直線方向移動可以用液壓缸實(shí)現(xiàn)[6]。

由于尺寸調(diào)節(jié)的運(yùn)動形式為直線形式，因此考慮使用齒輪齒條結(jié)構(gòu)，傳動結(jié)構(gòu)簡單[7]。將所建模型導(dǎo)入到RecurDyn中進(jìn)行齒輪齒條機(jī)構(gòu)的動力學(xué)仿真，如圖3和圖4所示。

圖3 可調(diào)式頂模機(jī)構(gòu)位置調(diào)節(jié)前

圖4 可調(diào)式頂模機(jī)構(gòu)位置調(diào)節(jié)后

從圖3和圖4的對比可以直觀地看到通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)進(jìn)行的距離調(diào)節(jié)，這樣可以使設(shè)備用來適應(yīng)不同建筑模塊的大小。

2 強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核

2.1 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析

ansys分析如圖5所示。

圖5 ansys分析

通過ansys計算結(jié)果(見圖5)，結(jié)構(gòu)在承受載荷22 000 kg的情況下，最大應(yīng)力處均位于載荷作用區(qū)域，滿足剛度要求。整體結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求，且不存在局部屈曲不穩(wěn)定現(xiàn)象[8]。

2.2 穩(wěn)定性校核

根據(jù)液壓缸設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)液壓缸長徑比超過10∶1時就需要校核活塞桿的穩(wěn)定性，因此可在設(shè)計過程中適當(dāng)取值，最后進(jìn)行彎矩?fù)隙鹊姆€(wěn)定性校核。

經(jīng)液壓系統(tǒng)設(shè)計中的計算得到壓缸內(nèi)徑尺寸系列選取D=90 mm，活塞桿直徑為d=50 mm?；钊麠U的穩(wěn)定性驗(yàn)算可通過等截面積計算法，假設(shè)液壓缸承受的為無偏心載荷[9]，如圖6所示。

圖6 彎曲撓度示意圖

(1)

安裝高度取工作的極限位置，即鋼架結(jié)構(gòu)與水平面成45°的位置，由計算可知l=3m,液壓缸活塞桿為實(shí)心結(jié)構(gòu)，因此取k=d/4=0.125m，查取相關(guān)資料可知，一般鋼結(jié)構(gòu)m=85，根據(jù)兩端鉸接的情況知n=1，因此得出

根據(jù)式(1)計算臨界載荷：

102 000N=102kN

由此可見，Pk>F1,因此經(jīng)校核選用的液壓缸能夠滿足要求。

3 結(jié) 語

設(shè)計了一套在模塊化建筑中對澆注成型、烘干后的墻體模塊能進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、脫模，方便后續(xù)吊車對建筑模塊的運(yùn)輸。通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起升和頂升的動作，以此來完成對建筑模塊的翻轉(zhuǎn)和脫模的操作。通過計算對結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部件進(jìn)行尺寸的選擇，并對其強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行校核。得到的計算結(jié)果顯示，所設(shè)計的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)合理，穩(wěn)定性達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)。

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A construction lifting modular system

WU Dongdong1,2,FAN Jiuchen2*

(1.College of Automation,Qingdao University of Science and Technology,Qingdao 266042，China;2.College of Mechanical Engineering,Beihua University,Jilin 132021,China)

A hydraulic construction lifting modular system is designed which includes lifting/topping set and a size-adjustment device. The hydraulic cylinder and hydraulic motor are used in the driving system. With ANSYS software,both the strength of the lifting mechanism and leverage stability are analyzed. We also simulate the dynamic process of the size adjustment with RecurDyn software.

modular construction; lifting mechanism; hydraulic system.

2016-07-25

教育部青年基金資助項(xiàng)目(20130061120038)

吳東東(1990-)，男，漢族，吉林榆樹人，青島科技大學(xué)碩士研究生,主要從事控制工程設(shè)備及系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)方向研究,E-mail:15948649385@163.com. *通訊作者：范久臣(1973-)，男，漢族，吉林吉林人，北華大學(xué)教授，博士，主要從事工業(yè)通用技術(shù)與設(shè)備的研究開發(fā),E-mail:fanjiuchen1973@163.com.

10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2016.5.20

TH 21

A

1674-1374(2016)05-0512-04