隧道多功能作業車升降平臺調平機構及其受力分析

聶一彪

（長沙悅誠機電科技有限公司,長沙 410075）

0 引言

隨著國家基礎建設的發展，基礎建設市場一片繁榮，公路、鐵路、水利正實現跨越式發展，其中隧道、水洞施工是公路、鐵路、水利建設中重要的組成部分。目前國內外無紡布和防水板的鋪設是靠搭簡易臺架，工人站在臺架上對無紡布和防水板進行鋪設。拱架安裝靠一臺挖掘機用挖斗吊著拱架，另一挖掘機用挖斗將工人送至拱架下，對拱架進行安裝。這些都不符合施工規范。因此，設計適合隧道施工環境滿足防水板鋪設、拱架安裝、隧道全斷面檢修、構件安裝、小件吊裝等作業需求的多功能作業設備迫在眉睫。我公司聯合中南大學、中鐵一局建工機械有限公司，在針對施工實際要求的基礎上研制成功了JGMZY10型隧道多功能作業車。

圖1

1 JGMZY10型隧道多功能作業車簡況

該作業車主要由履帶底盤、機身、司機室、吊機、升降平臺、調平機構、防水板支架、防水板托架等部分組成［1－4］，如圖 1 所示。

2 升降平臺調平機構

當隧道多功能作業車在帶坡度的地面上工作時，升降平臺也會隨著整機形成坡度，進而影響整機安全性。根據ANSI/SIA A92.6-2006標準的要求，升降平臺的坡度應小于5°。因此需要設計成一種能夠在升降平臺處于傾斜狀態時對升降平臺進行調平的結構。

圖2 升降平臺與調平機構連接示意圖

圖3 調平機構結構示意圖

為了使調平過程中升降平臺更平穩、操作更便利，JGMZY10型隧道多功能作業車調平機構采用前推四連桿式調平方式。前推四連桿式調平機構由舉升臂、拉桿、油缸及各鉸點等零部件組成，舉升臂的3個鉸接點，一個固定在升降平臺底架上，一個與拉桿連接，一個與油缸上支點連接，油缸下支點及拉桿下支點固定在機身車架上，其結構如圖2～圖3所示。

2.1 數學模型的建立

圖4 調平機構數學模型

選升降平臺與車架的交點O為坐標系原點。X軸的正向朝左，Y軸的正向朝上。如圖4所示，圖中ABC為舉升臂的三個鉸點，繞A點作圓周運動，BD為拉桿，繞D點作圓周運動。CE為舉升油缸，繞E點作圓周運動（活塞既作圓周運動同時又作直線往復運動），G點為升降平臺質心。

2.2 舉升調平機構的受力分析與載荷計算

圖5 調平機構桿組的拆分

此調平機構舉升油缸是主動件，整個機構除機架外，就是一個Ⅲ級有源桿組，不能再分，根據桿組理論，要對其進行分析必須知道內點 A、B、C 初始近似值，而要得到內點的近似值比較困難，如果把舉升角度α虛擬給出，把升降平臺看作主動件，根據桿組分析理論升降平臺舉升調平機構可拆分為如圖5基本桿組：升降機作為一個單構件，拉桿和舉升臂做為一個Ⅱ級桿組。如果只進行運動分，拆分為一個單構件和兩個Ⅱ級桿組非常簡單，但是進行受力就比較困難，因為C點的外力不能直接求出。如果對機構進行受力分析，把機構拆分為一個Ⅲ級有源桿組就非常簡單。因此，根據分析和求解方便的原則，在運動分析時，將調平機構拆分為一個單構件和兩個Ⅱ級桿組，受力分析時拆分為一個Ⅲ級有源桿組。本調平機構的使用，是在整機開始工作前調平，關注的重點不在于運動分析，因此，本文僅對調平機構做受力分析。

1）升降平臺受力分析（如圖6）：

－FAx（Ay-Oy）-FAy（Ax－Ox）=FGx（Gy-Oy）-FGy（Gx-Ox）。（3）

2）拉桿受力分析（如圖 7）：

3）舉升臂受力分析（如圖8）：

4）油缸受力分析（見圖 9）：

圖6 升降平臺受力分析

圖7 拉桿受力分析

圖8 舉升臂受力分析

圖9 油缸受力分析

將上述式（1）～（12）聯立，求解線性方程組就可以得到各鉸點的受力情況。

設計計算結果表明，受升降平臺以及機身空間布置的限制，在優選了相關鉸點的情況下，仍需對升降平臺右側底架（圖4所示O點側）進行加固處理。

3 結語

通過四連桿調平機構舉升臂的舉升，來實現對隧道多功能作業車升降平臺的調平，這種方式結構簡單，操作容易。實踐證明，利用桿組法對調平機構進行受力分析進而指導設計是有效的。

［參考文獻］

［1］崔科宇，嚴斌，應力軍，等.隧道多功能作業車：中國，CN102410030［P］.2012-04-11.

［2］崔科宇，嚴斌，應力軍，等.隧道多功能作業車防水板支架：中國，CN201982114U［P］.2011-09-21.

［3］崔科宇，嚴斌，應力軍，等.隧道多功能作業車機身結構：中國，CN202016467U［P］.2011-10-26.

［4］崔科宇，嚴斌，應力軍，等.一種隧道多功能作業車升降平臺∶中國，CN202047824U［P］.2011-11-23.