架橋機行走系統的仿真分析

【摘 要】架橋機是一種復雜的起重機械，其運行環境復雜，設計研發復雜，需要在設計研發階段進行規模較大的樣機實驗以確定并優化關鍵設計參數，以解決設計研發成本較高、周期較長等問題。

本文針對QJ40/160架橋機，采用Pro/E軟件建立架橋機的三維CAD模型，并在國內率先使用Adams軟件對其進行虛擬樣機研究及其運動仿真分析。對架橋機卷揚小車在啟動、勻速運行和制動工況下進行仿真模擬，得到吊重梁片的運動擺動情況及其對橋架結構的沖擊動載荷結果，在保證運行安全的情況下，對比分析得到了運行機構的最高效運行速度。為架橋機在設計階段的性能改進和優化提供指導，減少了架橋機的研發設計成本，縮短開發周期。

【關鍵詞】架橋機 運行問題 行走系統 動力學分析

1 引言

近年來，我國公路、橋梁等基礎設施建設快速發展，架橋機也隨之快速增長起來。作為一種大型機械設備，架橋機屬于起重機范疇，在路橋等方面的建設工程中被廣泛地應用。架橋機的主要功能是將鋼筋混凝土梁片或者預應力混凝土吊裝后運動并放置在設定的某個位置上。

虛擬樣機技術作為一種針對產品設計和測試評估的新技術被廣泛于機械產品設計領域。應用虛擬樣機技術可以對機械產品進行整機級、系統級和部件級研究和評估，也可以對產品的某一特性進行仿真分析和評價。。

2 架橋機虛擬樣機模型

在架橋機結構簡化的基礎上，根據設計尺寸的參數要求，利用三維CAD建模Pro/E軟件建立架橋機虛擬樣機裝配模型。

所以在建模的過程中應當對物理樣機的結構進行適當合理化的簡化處理。

（1）建立架橋機虛擬樣機模型，在不影響仿真分析結果的情況下，對主梁支腿等部件的部分加強筋、肋板等部件做了適當的簡化；（2）在整機建模分析時，對起升機構、鋼絲繩、電機等部件結構進行適當的簡化，并通過其他技術手段實現這些部件相同的功能。

3 架橋機的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，再導入到Adams中。在建立好準確的架橋機三維模型，通過導出為Parasolid中間格式（.x_t），導入到Adams軟件中，建立架橋機動力學仿真模型。

4 架橋機仿真求解及結果分析

在實際工作時，運行速度越快則架橋機的工作效率就越高，但是，如果運行速度過快，則會影響到運行安全問題。本文仿真的主要目的主要在不一樣速度下對架橋機進行仿真，對結果進行分析，確認一個較好的速度，使架橋機在保證安全的前提下，提高作業效率。

本模型中對該架橋機分別使用三種勻速運動速度（30mm/s、60mm/s、90mm/s）進行模擬仿真，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行15s的仿真運算，在仿真結果中統一設置粗線曲線表示的是速度為30mm/s的曲線數據，虛線曲線表示的是速度為60mm/s的曲線數據，細線曲線表示的是速度為90mm/s的曲線數據得到仿真結果如下：

吊重梁片的移動位移和速度數據如圖1所示，其中左圖是梁片的在運動方向的位移數據，右圖是梁片在運動方向的速度數據。由于梁片是鋼絲繩連接，在隨卷揚小車運動過程中會有一定的晃動，仿真結果曲線準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，梁片運行比較平穩，在架橋機正常的設計要求范圍內，但是當速度為90mm/s時，梁片的運動波動情況較大，已經超出了架橋機的設計和使用要求，所以在實際工作運行時，架橋機不能按照90mm/s速度來運行，以避免出現安全事故。。

5 結語

綜上所述，本文在研究虛擬樣機技術的基礎上，針對QJ40/160架橋機，建立其動力學模型，并運用Adams軟件對架橋機進行小車運行的仿真和分析，在研發階段分析和評估架橋機的作業性能，確定并優化關鍵設計參數，縮短了架橋機的設計過程，提高了架橋機的使用安全性能，為架橋機的設計使用提供了參考數據和有建設性的指導。

參考文獻：

[1] 李自光.橋梁施工成套機械設備[M].北京：人民交通出版社，2003.9-12.

[2] 樊友洪，鄒建華.TJ165 架橋機機臂強度有限元計算[J].中國水運，2007.5：73-75

[3] 黃耀怡，王金祥，郭文武，邢海軍.TLJ900t 架橋機總體結構設計及其ANSYS 復驗[J].鐵道建筑技術，2006，36（5）：1-7

[4] 蘭瑞鵬.高速鐵路架橋機結構穩定性分析[D].武漢：武漢理工大學，2010.

作者簡介：王龍騰（1979—），男，碩士學位，高級工程師，從事起重機、電梯等機電類特種設備的檢驗工作。