轮式拱架安装机工作装置研究与应用

发布时间：2020-09-08 08:42

　　在隧道施工中,当遇到软弱围岩时,必须要进行初期支护,在这个过程中钢拱架安装是其中的一个工序。我国隧道拱架安装一般采用人工为主,简易机械为辅的方式,没有专用的拱架安装车械。此种方法不仅安装强度大,效率低,且存在较大的安全隐患,为解决这一问题,实现钢拱架安装机械化作业,钢拱架安装机成为主要的研究对象,尤其是安装机的工作装置。在对我国隧道施工环境和钢拱架安装要求分析后,提出了工作装置的设计方案,主要包括机械手以及吊篮系统两部分。并运用现代设计与分析方法对其进行结构性能分析研究,对设计阶段有重要的参考价值。本文主要研究内容及方法如下:(1)本文针对我国隧道施工环境、钢拱架的施工工艺以及安装要求,提出了工作装置的设计要求,制定了机械手以及吊篮系统的整体方案,并对关键零部件进行了设计,建立三维模型,成功装配了虚拟样机模型。(2)将虚拟样机模型导入到多体动力学软件ADAMS中,并建立了机械手和吊篮系统的动力学模型,在ADAMS/View模块中对其进行了简化处理,并设置约束、属性、STEP函数、载荷等参数,对机械手以及吊篮进行了运动学,验证其是否干涉,得到了机械手的作业范围以及运动特性。进行动力学仿真,得到各绞点以及油缸的受力状况,为有限元分析以及液压系统设计提供参考和依据。。(3)利用ANSYS Workbench对机械手和吊篮系统的关键零部件进行了静力学分析。根据动力学仿真结果提供绞点处的受力,对其危险位置进行强度和刚度校核,为后续结构优化和改进设计提供依据。(4)根据吊篮系统的运动要求,提出了液压设计方案,采用定量泵负载敏感控制系统,作业平台采用电液比例自动调平控制系统,确定了主要的液压元件参数。(5)样机试制,并对样机进行了试验性研究,得出样机的外形尺寸和性能参数,并在隧道内进行了安装试验,分析其结果,为后续工作装置的整体优化提供依据。本文的研究方法与成果,可用于类似的机械臂以及伸缩臂结构的分析研究,对保障产品可靠性、提高产品质量、缩短产品的设计研发周期具有一定的帮助。
【学位单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U455.3
【部分图文】：

单臂,钢拱架,拱架

贵州大学硕士学位论文功能多样化、作业多样化等，并不断的把先进的远程控制技术应用到台车上，使其在隧道施工过程中的机械化和自动化程度都得到了极大的提高[9]。国外拱架安装机按行走形式分为轮胎式和履带式，按设备类型分为专用设备和通过现有设备改装而来，按工作方式分为单臂和多臂等。此外，有些安装机的夹持机构可根据需要更换作业平台、铣刨头、冲击锤、混凝土喷射器等，实现多工序、多功能作业要求。单臂式拱架安装机最有代表性的属德国 GTA 公司的 NormLifter2500A 型和芬兰 Normet 公司的 9915BA 型等，如图所示 1-1。这类拱架安装设备只能进行整体式或已组装好的钢拱架的安装。由于钢拱架挠度较大，且单臂式安装车只有一个抓举点，不易克服拱架挠度，造成就位困难、安装时间增长[10]。

多臂,钢拱架,履带式,拱架

（a）MCH1220Z 型钢拱架安装机（b）UTILIFT2000 型钢拱架安装机图 1-2 多臂式钢拱架安装机表 1-1 国外几种拱架安装设备的主要参数型号厂家整机重量行走方式举升高度举重质量臂数混凝土喷射NormLifter2500A德国GTA----- 轮式 11.9m 2500kg 1 无M2000RS 16500kg 履带式 7.0m 1000kg 1 无Himec 9915BA芬兰Normet20300kg 轮式 11.1m 1350kg 1 无UTILIFT2000 34000kg 轮式 11.0m 1000kg/臂 2 无TER6-R10S-TN日本NISHIO41600kg 履带式 9.016m 1250kg/臂 2 有E2000C-2BRPS 株式社会 33000kg 履带式 7.9m 1000kg/臂 2 有SFERW-1C 日本 FTS 43000kg 轮式 8.7m 1000kg/臂 2 有BUFFALO-2211日本TOYO39200kg 轮式 7.18m 1000kg/臂 2 有

人工方式,钢拱架

图 1-2 人工方式安装钢拱架图 1-3 简易机械辅助安装方式我国钢拱架安装机最具有代表性的属洛阳聚科特种工程机械有限公司生产的JOCO-01 系列钢拱架安装机、中铁二十局研制的 SZTZ 型钢拱架安装机以及湖南江麓机电集团研制生产了型隧道多功能作业台车样机[11]。如图 1-4（a）所示，为 JOCO-01型钢拱架安装机利用国内常用的履带式液压挖掘机作为底盘，将其臂架改造为钢拱架安装机械手，在其末安装一个具有六个自由度的夹紧装置，在其底盘上新增加一个吊

【参考文献】