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桥粱机械与施工技术水泥混凝土输送泵车臂架机构动力学仿真研究 王海英，胡新杰
（长安人学工程机械学院，陕西西安７１００６４）
摘要：钏对混凝十泵车臂架机构在工作时剧烈振动的问题，利用ＡＤＡＭｓ软件建●．了动山学仿真席拟样机，进行了动力学分析仿真汁算。验证了混凝十泵车臂架机构在油缶Ｔ冲击载荷作片ｊ］ｉ＇＿，确实发牛较大振动． 行提出Ｊ７相应的改进方案。
关键词：臂架机构；水泥混凝土泵车；动力学；仿真；Ａ１）ＡＭｓ
中图分类号：ＴＩＪ６４６文献标识码：Ｂ文章编号：１０００—０３３ｘｆ２００３）０６＿００３９加２
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臂梨式混凝土输送泵车在正常工作时，臂架机构振动较大，０Ｉ起浇注定位网难，影响１乍、ｌｋ质量。Ｉ蚓此研究如何有效地减小臂架机构振动，具有重要的上程意义。ＡＤＡＭｓ是世界范围内最广泛应用的机械系统动力学仿真分析软件，广泛应用于航空、航天、汽车等很多领域。它能够根据实际运动系统建造仿真模拟样机，在昂贵的物理样机建造前分析出系统的工作十牛能，并能方便地改进设计和优化设计，节约大量的时间和费用，真止文现高质量、快速、低成本的设计要求．本文利用ＡＤＡＭｓ软什建市了泵耳：臂架机构动力学仿真虚拟样机．进行了动力学特性仿真及分析，提出了减小振动的改进方案，
１建立泵车多刚体仿真动力学模型
水泥输送泵车的臂架系统足个山四节臂架、输送料管及些支撑连杆组成的悬臂结构。在建立水泥输送泵１。的动力学模型之前，先提出以Ｆ两点假没：
（１）将臂架系统的每一１，臂看作一个弹簧质量系统，由ｊ二阻尼比较小，对研究的¨题影响很小，ｕＪ以忽略不计：
（２）水泥输送泵车的底座【ｌｉｒ刚度很大，将其简化成为个川体。
基丁以上假设，以垂直Ｔ况【ｊ作的水泥输送泵乍为对象，建立泵车振动系统动力学模，“如Ｈｌ所示。
图１泵车动力学模型
取质晕ｍ．、确、ｍ，利ｍ，的平衡位置为坐标原，＾，模型的４个自｝｛１度她、ｚ：、物和。。为旧个位移』’。义坐标，Ｋ，、Ｋ：、如和蜀分日０为四甘臂架的刚度。１ｅ振动系统的微分方程为：
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万方数据
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ｍｊ。一Ｋ∥ｌ＋（Ｋ，＋Ｋｘ）ｗ，一Ｋ｛ｚ｛＝ｏ
ｍ一３幔。ｘ２＋（Ｋ３＋Ｋ１）ｘ３嗤１ｘ。２０
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在ＡＤＡＭｓ动力学模型中．把四节臂架分别抽象成刚休～弹簧系统，弹簧刚度的确定应使抽象模掣与实际抻性模犁的变彤晕相同。现有节臂如图２所示，把此节臂存Ａ端铰接，外力作用在Ｂ端．弹簧支撑存油缸支撑臂仃处．在此设为ｃ点。∥
图２节臂受力示薏图
隋先ｌｌＪ知臂节的挠度为：
户器（１）改厅处的挠度为厂＿存ｃ处的挠度即为弹簧的变形最，可得？
＾Ｂ归Ａｃ岱（２）南’ｊ每＝乃砖，且尸・４Ｂ＝Ｆ・。４ｃ．代入式（２）可得：
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ｄ（＿・ＡＢ
根掂式（３），参考厂家提供的相关资料，ｎＪ详细汁算ｊ¨备¨臂的质晕、质心位置、转动惯量、截面惯性矩以及支撑弹簧的刚度值。
存＂爷臂的侧边通过杆件固接着叫节输送料管，简化为旧个刚休，可计算…其质量、质心何置、转动惯啭。
考虑泉车各节臂的实际连接情况，底座相对ｒ地…作刷期性半动，划节臂之间以及第一节臂和底座之问Ｊ“ｐＵ个转动铰链相连，可在指定的ｒ作甲而内转动。建一水、ｒ工况ｒ泵乍ＡＤＡＭＳ仿真模型，如图３所示。
町』百———一
图３水平工况＾Ｄ圳ｓ仿真模型
２冲击载荷的施加
水泥输送泵车在正常工作时，臂架结构和底座存油甜冲．打载荷作用Ｆ发！Ｉ二振动，剥液压系统试验测得水、ｒＩ况下油缸冲击载倘‘的时域曲线。在ＡｎＡＭｓ模刑巾．底座相对Ｈ自而用移动副约束．根据ＡＤＡＭｓ软
礼吩札俄５娩＾机械ｔｏ件的加载要求，对油缸冲击载倚的时域曲线先做ｌ¨Ｊ比例变化，使峰值约为一个单位，然后利用傅市叶级数展开，将压力一时间曲线转变为无量纲，峰值为个单位的位移一时问曲线，蛔矧４所示。利用傅皿口１级数对试验载付曲线展开后得到位移随时问变化的数学表达式如下：
图４冲击位移仿真曲线
Ｆ（￡）＝０．４６６７一Ｏ０５７３ｃｏｓ（２３３ｆ）＋０．１６２７ｓｉｎ（２．３３ｆ）一Ｏ．０３０７ｃｏｓ（４６６￡）０．１０５２ｓｉｎ（４６６“０．００４４・
ｃｏｓ（６．９９ｆ）０１１５９ｓｉｆｌ（６９９ｆ）０．０３７ｌ・
ｃｏｓ（９３２１）０．０９６９ｓｉｎ【９３２￡）一Ｏ．０５７９・
ｃｏｓ（１１．６５ｆ）一００６０７ｓｉｎ（１１．６５ｔ）一０．０６２・
ｃｏｓ（１３．９８ｆ）００２３１ｓｉ『１（１３．９８ｆ）一００５３ｌ・
ｃｏｓ（１６．３１￡）＋００４ｓｉｎ（１６．３１ｆ）一０．０３２７・
ｃｏｓ【１８３４ｆ）＋Ｏ．０１６７ｓｉｎ（１８３４￡）一Ｏ０１４８・
ｃｏｓ（２０．９７｝）＋Ｏ．０１７５ｓｉｎ（２０９７ｆ）０００３３・
ｃｏｓ（２３．３ｆ）＋００１３７ｓｉｎ（２３３￡）＋００００９・
ｃｏｓ（２５６３＾）＋０．００６１ｓｉｎ（２５６３ｆ）＋Ｏ０００６・
ｃｏｓ（２７９６￡）＋０．００１６ｓｊｎ（２７９６￡）０．０００４・
ｃ（）ｓ（３０２９￡）＋Ｏ．０００４ｓｉｎ（３０．２９￡）一Ｏ．Ｏ００４・
ｃｏｓ（３２．６２ｔ）０．Ｏ００４ｓｉｎ（３２．６２￡）＋０．０００６・
ｃｏｓ（３４．９５￡）一０．００１３ｓｉｎ（３４．９５￡）＋Ｏ．００１・
ｃｏｓ（３７．２８ｆ）一０．００２８ｓｉｎ（３７．２８￡）Ｏ００３・
ｃｏｓ【３９．６ｌｆ）一（），００４４ｓ¨（３９．６１￡）
３臂架系统动力学仿真
存油缸冲山载荷作用ｒ，臂架机构发中振动。臂架机构末端振动位移对作业质帚影响很大，臂架的木端点的位移响应如图５所示。可以看忆位移曲线基本反应了臂架机构受冲击载荷作用时的振动情况，响廊１１２８０
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图５
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臂架末端位移仿真曲线
（下转第４８酉）
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万方数据
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排气室行程，增大冲击锤剥缸体尾座的冲击，使气动穿孔机
整体向后回退。阀门上设计有密封环，起着晰封气体和支承
引导冲击锤的作用，密封环山耐磨材料制成，应具有一定的
强度，自＆承受ｐＪ－击锤在Ｉ：Ｉ厂作时产生的振动和摩擦力，密封土４、
性能将直接影响到冲击锤工作时的起动性能｝ｕ冲击强度。阀门和管子轴通过高压胶管联接，１Ｊ女管应能承受一定的拉力嗣１定的取向扭矩，密封鼹妤，动作灵活可靠，胶符与管子轴通过锁紧套联接，具有良好的密封性能和‘定的强度，胶管的另头通过具有倒齿状的制动器将高压胶管与导向阀门连接。气动穿孔机尾部结构必须能承受Ｔ作过程中产牛的剧烈冲击振动，若小采取防松措施，联接处就会产生松动，破坏了原设计的装配关系而产生死机现象，尾部联接座外圆表而加Ｉ一有绌牙螺纹。另外尾部联接座上钻有６个螺孔，通过合金钢材料特制的长杆螺栓．将后座和尾部联接座相联如图Ｉ所示。尾部联接座的另“种结构如俐８所示．导向阀为一定长度的空心圆柱体．ｊ｛＝崮定在制有力牙外螺纹的短圆柱体内，短圆柱体与尾吉６联接座通过方牙外螺纹联接。转动短圆柱体，即丌Ｊ调节后气室排气行程，使气体穿孔机向前或向后运动， ３．４扩孔器
气动穿孔机在安装扩孔器后．可以打出大十缶【体直径的孔道。，扩孔装置主要甫紧固环、定位圈、扩孔器组成，￥’孔
圈８尾邵联接座结构图
器为卒心圆柱体，紧蚓环紧套存扩孔器头部，定位圈安装在扩孔器尾部圆柱体内。』作时Ｈ需将机头对准扩孔器内定位圈，依靠冲击锤运动时的动能．将扩孔器和水平穿孔机起冲入十体，形成较大孔径的孔道。
４结语
随着非扦挖技术在国内小断发展，气动穿孔机具有独特的优点，将会住中短距离、。＋】小管径的管道施上Ｌ卜｜得到推广。本文着重分析Ｊ，气动穿孔机的设计思想、结构原理和制造过程中麻注意的问题，其Ｈ的是推动气动穿孔机的应用并『∞产、№化方向发展。
参考文献：
Ⅲ张永高正肝挖地Ｆ管线施』：技术¨』建筑机械化，１９９６．『【ｊ
【２Ｊ张围忠‘Ｌ动冲击设备及其设计ＩＭ川Ｅ京机械ｉ‘ｑ川！版利＿，ＩｑＲ０
剐ｓｌⅢｅ（盯Ｔ１１ｅ１１１ｄｕｓ‘ｒｙＲｃｐｏｎ（）ｎｒｒｅｒ１（‘ｈｌｒｓｓ’ｌ∽ｌ、川ｎ目ＰｓＩｎＡｕｓｔｍｌｌａ［ＭＪＰ础ｐ＂ｅｄｈｙＡｗＴＥ“ｇｉｎ㈨ｎｇＰｉｐｃ¨ｎｔ！ｓ，ｓｅＩＨｅⅢｈ盯
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０６１２）
（上接第４２页）
激扰一致。冲山载荷的峰值对臂架振动峰值影响明硅。
为研究峰值对臂架机构振动响应特性的影响．将冲一右载柚‘峰值削减掉５５％和全部削去进行振动仿真．其位移仿真｝｝｝｜线如图６、图７所示。可以看出：臂架四术端存峰值为一个单位冲击载荷作用ｒ振动位移响应最
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圈６臂架末端位移仿真曲线（削减掉５５％峰值
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２６６
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图７臂架末端位移仿真曲线（全部削减峰值）
≈峰札域５椎＾机械，Ｌ大约为１．５个单位，在峰值约为０．４５个甲位的冲击载荷作用ｒ振动位穆响应最火约为Ｏ．８个单位，减少约为４７％；在削去峰值的冲击载荷作｝｛ｊ下振动何移响应最大约为０．６个单位，减少约为６０％。
４结论
（１）建立，在多刚体动力学基础上的泵车ＡＤＡＭｓ动态仿真模型，进行＿ｒ振动特性动态响应仿真。、｝｜ｊ动响应分析结果ｎＪ‘知，臂架机构的位移相应与冲击载荷形状人小一致，即液压系统的冲击救荷是引起振动的一个重要原凼，、
（２）液压系统冲出载荷的峰值对臂架机构的位移响应影响较大。削减冲击载椭的峰值，可以何效地仁年低臂架机构的振动位移；当峰值完全削减后，臂架四末端处的位移响应近似ｒ简谐振动Ｉ｝一弦曲线．符合振动学理论。所以减小泵车液压系统冲击峰值是减小臂架振动的有效途径．
参考文献：
『１１报春润等虚拟仍真轼件ａｃｈ¨ｌｓ拒舡辆系统动，Ｊ。产ｌｌ贸－｛』ｎ７Ｊ麻Ｈ｜【ｃ卜是闻ＭＪ）Ｉ公。目２¨０１年中［ｑ川ｐ｛Ｔ：盆沱正壤，２００ｌ
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