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黛l钡栽 j 第4 o 卷2 o o 9 年 2 月j 1 先进性 大直径盾构刀盘 的现场修复改进 技术在国内具有领先水平。 2 创造性 设置周边刮刀 ， 改变刮刀的切削方 向， 使其沿刀盘外圈切线方 向切削土体 ， 一方面保护 了刀盘外周 ， 另一方面使外周土体流向更合理 ， 具有 技术创新性 。 3 实用性 适应北京砂卵石地层 ， 实现盾构长 距离 大于 1 0 0 0 m 掘进施工不需换刀。 5综合效益及推广应用前景 通过对北京地铁砂卵石地层盾构刀盘设计改进 的研究， 在经济效益方面， 仅用 2 0 余万元左右的维 修改造费用， 就可将盾构刀盘修复如初并得以改进， 为公司节省 了购置新刀盘所需的 1 3 0万元费用 ； 在 社会效益方面， 相对较短的维修改进工期， 没有给工 程施工带来影响， 为企业树立了良好的形象 ； 在技术 方面 ， 促进 了盾构制造 、 施工技术 的发展 ， 使地铁盾 构在不换刀具的情况下长距离掘进施工得以实现。 地铁盾构刀盘的设计研究 ， 是盾构研制、 施工的 重要组成部分。 近年来 ， 随着国内盾构市场需求的不 断扩大， 盾构制造业逐渐兴起 ， 国外盾构知名企业纷 纷与国内大型机械制造企业联合进行盾构的国内加 工制造 。 我们在盾构施工过程 中的研究工作 ， 也为今 后盾构的国产化积累了经验 ，具有一定的推广和应 用价值。 参考文献 [ 1 ]宋克志 ， 潘爱国． 盾构切削刀具的工作原理分析I J 1 ． 建 筑机械 ， 2 0 0 7 2 7 4 7 6 ． [ 2 ]何其平． 土压平衡盾构刀盘结构探讨 『 J 1 _ 工程机械， 2 0 0 3 1 1 l O 一 1 6 ． 通信地址 清华大学土木 与水利学院土木工程系 1 0 0 0 8 4 收稿 日期 2 0 0 8 0 8 1 5 非公路自卸汽 全液压 举 机构的建模与仿真 王涛 ， 马 飞， 杨耀 东 北京科技大学 摘要 采用虚拟样机技术 ， 以S G A 3 5 5 0型非公路 自卸汽车为例对全液压式举升机构进行建 模与仿真。 介绍自卸车全液压式举升液压系统的组成和工作原理， 并利用 A D A M S对举升系统的机 械结构建立仿真模型； 在提出自卸汽车举升液压系统的一般设计流程的基础上， 对机械与液压系统 之间耦合的关键部件多级伸缩液压缸的结构和工作原理进行分析 ， 并利用 A D A Ms ／ H v d r a u l i c s 对后 置直顶式举升液压系统进行建模， 对空车举升和平装满载举升两种情况进行仿真。仿真结果显示 货箱举升回落过程中， 举升液压缸无杆腔内先后出现 2 n 1 为举升缸级数 个油压峰值， 发动机 转速越高， 油压冲击越大。指出 这些压力冲击是由多级伸缩液压缸结构特点决定的， 不可避免。 关键词 非公路自卸汽车； 举升液压系统； 建模； 仿真； A D AMS 自卸车中使用的举升液压系统通常分为液压助 力式 和全液 压式 两种 。首 钢 汽车 制造 厂生 产 的 S G A 3 5 5 0型非公路 自卸式汽车是由北京科技大学 研制开发的拥有独立知识产权的产品 ，采用的是技 术成熟、作用力大 、系统刚性好的全液压式举升系 统， 整车长 7 5 7 8 m m， 宽 3 8 9 0 m n l ， 高 3 5 7 0 m m， 前 轮距 3 1 0 0 ra i n ， 后轮距 2 5 5 0 mn l ， 轴距 3 6 5 0 m m， 主 销中心距 2 1 0 0 mlT l ， 满载爬坡度 1 5 ％， 接近角 2 0 。 ， 离去角 4 8 。 ， 最小转弯半 径 9 I n ， 本文利用 A D A MS 软件对该车的全液压举升机构进行建模与仿真。 1 S G A 3 5 5 0型 自卸车全液压举升系统组成 S G A 3 5 5 0型 自卸车举升系统如图 1 所示 ， 主要 由举升缸 、 节流阀、 单 向阀、 电液换向阀、 溢流阀、 举 升泵、 油箱及各管路组成 。举升泵采用“ 常啮合取力 器 齿轮泵 ” 型式 ， 通过取力器从变速箱上取力 ， 采 作者简介 王涛 1 9 8 2 一 ， 男， 山东泰安人， 北京科技大学车辆工程专业在读博士， 研究方向 矿用自卸汽车结构优化设计。 一 3 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 捌瞄啕1 2 再 0 _ 0。 _ 0 乒 稍渖 币 j I _ JD 的咖 硼 蛾 图 1 S GA3 5 5 0型 自卸车液压举升 系统示意图 用 4级伸缩末级双作用液压缸作为执行元件 ，用一 个三位 四通电液换向阀来控制货厢 的举升和回落 ， 有杆腔回油路上使用可调单向节流阀，控制举升的 速度。 图 2为举升系统液压原理图， 系统流量 2 4 5 ． 4 L ／ m i n ，举升缸实际工作中最大工作压力为 1 2 ．7 MPa 图 2 S GA 3 5 5 0型自卸车举升系统液压原理图 2 举升系统机械结构仿真模型 为 了简 化模 型加 快设 计 进 度 ，本 设 计 利用 A D A MS软件对 S G A3 5 5 0型 自卸车举升机构建立仿 真模型 ， 如图 3所示 。 3 举升液压系统的设计 3 ． 1 举升液压系统的设计流程 国内对于矿用 自卸汽车液压举升系统的设计 ， 基本上采用的是传统的经验陛设计，即分别对举升 车 架 堂 图 3 S G A3 5 5 0型 自卸车举升机构A DA MS实体模型 机构和举升液压系统进行设计 ，二者再通过举升液 压缸最大举升力和举升液压系统最高油压来相互协 调 ， 而对货箱举升回落过程 中， 机械系统与液压系统 问的相互作用则不予考虑 ，这样就无法了解举升过 程中 ， 机械和液压系统的真实情况。 作者根据设计经验 ，提 出自卸汽车举升液压系 统的一般设计流程 首先确定最大举升力和系统压 力 ， 计算 出举升缸最大 内径 ， 并根据举升高度来确定 各个举升缸的内径和行程；其次根据举升容量和时 间确定举升时流量 ， 并通过流量 、 泵转速及其所要实 现功能拟定 出的液压原理 图来确定所需要 的举升 泵 ， 进而确定液压 阀和各附件 ； 最后对举升液压系统 进行建模与仿真。此设计流程优势在于能根据仿真 结果再次对举升机构进行优化设计 、建模 ，以此循 环 ， 找到最优解。设计流程如图 4所示 。 3 ． 2 举升液压系统主要元件参数的确定 设 回油直接通油箱 ，则所涉及到的计算公式如 下 A ． ． 1 。o 6 0n ； V； g v V 1 ． 2 - 1 ． 2 5 [ 0 ． 2 0 ． 3 3 x Q E z 】 2 3 4 5 一 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 最大 举升 力F ． I 举 升系 统压力 p 。 I l t I举 升 缸 最 大 缸 筒 内 径 D o l I 举 升 高 度工I t I 举升缸设计 各级缸径、行程 l 举 升 容 量 l举 升 时 问 } I I 举 升流 量q t i 举 升泵 转速 l I I举 升 泵 排 量 I液 压 系 统 甄 理 图 l l l t I *士I ． ； E i l I 液压阀选型 ● I 液压辅件计算选型 I 液压系统建模 墓 瓣釜 ／ 对仿真结果满意 l 绘制工程图 ‘ 编 写 技 术 文 件 工程机械 。 第柏卷2 o o 9 1 年2 月 图 4 举升液压 系统设计的一般流程图 式中 举升缸为平衡货厢 和货物 的重力需 要 的最大举升力， N； 举升缸为平衡货厢和货物 的重力需要的 举升力 ， N； 举升缸举升速度的变化率 ； △ 卜举升缸举升时间 的变化率 ； 举升缸起动加速度 ， 一般取 o ． 5 ～ 1 ． 5 ； D 举升缸最大缸筒内径 ， mm； 举升缸的负载率， 一般取 0 ． 5 ～ 0 ． 7 ； 叼 ． 举升缸的总效率 ， 一般取 0 ． 7 ～ 0 ． 9 ； P ， 举升系统压力， MP a ； n ． 举升缸 的数量 ， 本文 n ， 3 ； ／ j g V 举升缸的容积效率 ； ， 举升缸有效容积， L ； 油箱容量 ， L ； p 系统开式回路部分液压泵流量 g 的总 3 4．--- 和 ， L ／ rai n； E 单作用液压缸的总容积 ， L 。 3 ． 3 举升缸的结构 为使整车结构紧凑 ， 重心降低 ， 达到货厢对车架 的冲击减小 、货厢到达举升终点时的限位 以及货厢 回落时的限速等 目的 ， S G A3 5 5 0型 自卸车举升机构 采用后置双缸直顶式举升机构 ，采用液体压力作为 举升动力 ， 举升液压缸为 4级伸缩 ， 末级双作用 ， 内 泄式限位 ，回落时限速采用 回油节流形式。举升液 压缸 内部结构如图 5所示 。 图 5 末级双作用多级伸缩液压缸 A D A MS ／ H v d r a u l i c s 中没有多级液压缸的模型， 根据举升液压缸工作原理 ，可将其分解为若干个相 互连通的单级液压缸的组合 ， 如图 6所示 ， 将 4 级伸 缩末级双作用举升液压缸分解成 3个柱塞缸和 1 个 单杆活塞缸， 图中虚线相连的两个物体在实际中是 同一物体。 图 6 多级液压缸分解成多个 单级液压缸 4 举升液压系统的建模 根据对 国内文献 的统计 ， 对矿用 自卸汽车液压 系统 的研究 ，主要还是通过建立数学模 型，利用 M A T L A B ／ s I M u uN K等工具对所建立的模型进行仿 真 ， 很少对 由机械 系统 、 液压系统和控制系统等组 成的耦合系统进行多领域协 同仿真。本文将虚拟样 机技术引入矿用 自卸汽车设计中， 通过分析多级伸 缩末级双作用液压缸的内部结构和工作原理 ， 采用 实体建模方式 ， 利用 A D A Ms ／ H y d r a u l i c s 对举升液压 系统进行建模 ， 如图 7所示。 其 中一级缸 、 二级缸 、 三级缸为柱塞缸 ， 四级缸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 细 e| 穗 0 0 ⋯1 l 葳 一 l lj 晒 础嘣 0 图 7 举升液压系统 A D AMS ／ Hy d r a u l i c s 建模 为单杆活塞缸 ， 4个单级液压缸的无杆腔通过集流 器相互连通 ， 四级缸的有杆腔通过限位阀 可调节流 阀 与 4 个液压缸的无杆腔相连。货箱举升过程中， 该阀是关 闭的， 当举升至终点 举升缸伸长量大于某 一 值 时， 限位阀打开， 举升缸上下腔连通， 实现内泄 式限位。举升缸的无杆腔进油 口和有杆腔进油 口用 2个节流阀模拟 。 这样 ， 图中的一级缸 、 二级缸 、 三级 缸 、 四级缸 、 集流器、 限位阀、 无杆腔进油 口和有杆腔 进油口组成了一个 4级伸缩末级双作用内卸式限位 的举升液压缸 ， 由此 ， 就可以对液压举升系统进行多 领域协同仿真 ，对多级液压缸后置直顶式举 升机构 实现参数化建模 。 液压缸是 A D A MS 厂 、 ， I E W 中实现 机械系统与液压系统耦 合的关键元 件 ， 液压缸属性修改对话框 中 图 8 的两 个 标 记点 L G t h i r d _ i 和 L G r o d _ ． j 分别 固定在 四级缸 的缸筒 和活塞杆 上 ， AD A MS ／ H y d r a u l i c s 根据这两个标 记点 间的距离和相对运动 速度计算 液压缸内的油压作用力 、 摩擦力及终 点缓冲力 ， 并将这 3个力的合力返 回 给机械系统。 A D A MS 厂 v I E W 中机械系 统 与液压系 统问 的数据传递 如 图 9 所示 。 5 举升液压系统模型仿真 A D A M S ／ H y d r a u l i c s 对举升机构液压系统进行 空车举升和平装满载举升 。 5 ． 1 空车举升 首先 进行空 车仿 真 ，仿真 时间取 9 5 S ，步 长 0 ．0 0 1 S ，举升缸内油压随时间的变化仿真结果如图 1 0 所示。 在货箱举升、 回落过程中， 当每一级缸筒或 活塞杆伸出和缩 回时， 无杆腔内油压都会出现冲击 ， 每个油压峰值是 由4级伸缩末级双作用举升液压缸 的内部结构决定的， 是不可避免的， 各个压力冲击峰 值见表 1 。 图 8 A DA MS ／ V I E W 中的液压缸属性修 改对话框 机 械 卷 系 多体系统 升 统 动力学 缸 建 模 模 型 举升缸位移、速度 举升力 基 液 升 压 系 缸 ．流体力学 统 模 型 建 模 图 9 AD A MS ／ VI E W 中机械系统与液压系统间的数据传递 一 35 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I | 盖挂讯 械 t | ％| 巍媳卷钧 毒 再 I ’J●‘一 。 | l } } 1 、 { } i l ＼ t J 、 ＼ l } 一 ＼ ～ ⋯ 、。 』 一 一 ～ T ／ 一 r 一 2 ／ ／ ／ - - 3 ； L ⋯一如 ／ ／ f I ＼ j 3 ⋯ 。 0 2 。 。 。 0 。 0时间／ s 6 0 ． 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 无杆腔油压； 2 货箱转角； 3 有杆腔油压 图 1 0 空车举升时举升缸内油压随举升时间的变化 表 1 货箱举升 、 回落过程 中举升缸无杆腔 内油压峰值 出现时间 3 35 1 9 ． 3 3 3 2 ． 7 6 4 2 ．8 3 5 0 ．0 6 6 1 ． 9 4 6 6 ． 6 2 7 3 ． 3 4 8 2 ． 3 2 ， S 峰值大小 2． 2 5 1 ． 7 7 2． 1 0 2 ． 27 1 ．44 1 ． 7 2 1 ． 6 8 1 ． 28 1 ． 08 ／ MPa 5 ． 2 平装满载举升 货箱平装满载 4 2 t 的货物 ， 发 动机怠速运转 ， 仿真时间取 5 5 s ， 步 长 0 ． O O 1 s ，仿真结果如 图 1 1和图 1 2所示 。 由图 1 1 可看出， 满载举升 比 空车举升时举升缸内无杆腔 内油压 高很多，但每一级缸筒伸出时油压 的振荡小了，举升过程中出现的各 压力峰值见表 2 。 图 1 2显示了空车举升、 满载 卸货举升和满载不卸货举升 3种情 况下举升缸举升力的变化。可以看 出 ，满载卸货举升和满载不卸货举 升时举升缸受力相差不大 ；满载不 卸货举升临近终点时，举升缸受到 拉力 ， 方向与推力相反， 故出现一个 拐点 图中曲线为举升缸推力大小 的绝对值 。 6 结论 将 虚 拟 样 机 技 术 引 入 到 S G A 3 5 5 0型矿用 自卸汽车设计 中， 通过分析多级伸缩末级双作用内泄 式 限位 举 升 缸 的 内 部 结 构 ， 在 一 3 6一 耔 1 平装满 载； 2 空载 图 l l 货箱平装满载举升时举升缸无杆腔内油压随时间的变化 1 3 ＼ I，／ ～。 一、 。 。 。 。 。 。 。 。 货箱转角／ 。 。 。 。 。 1 平装满载卸货举升； 2 平装满载不卸货举升； 3 空车举升 图 1 2 不同工况下举升时举升缸受力随货箱转角的变化 刚 【 a ／ 求 将 剐 舶 勋 5 0 5 m ．， j 皇 ＼ 吼 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 滞l细 每 ． J 再 _ _ _ _ 程机 0 0 l llJ嘲嘲 G 翻 躐嘲 表 2 货箱平装满载举升时举升缸无杆腔 内油压峰值 l出现时间／ s I 3 ． 6 2 }1 9 _ 8 3 l 3 3 ．3 6 l 4 3 ． 0 1 l 5 0 ． 0 6 f l 峰值大d x ／ M P a I 7 ． 9 9 l 8 ． 4 6 I 9 ． 2 3 }5 ． O 1 J 1 ． 4 4 l A D A MS ／ V I E W 中建立举升缸的仿真模型 ， 实现 了机 械系统与液压系统的耦合 ， 进而建立了整个液压举 升系统的仿真模型。 矿用 自卸汽车液压举升系统仿真结果表明 在 货箱举 升 、 回落全过程 中 ， 举 升缸无杆腔 内先后出 现了 2 n 1 个油压 峰值 凡为举升缸级数 ， 发动机 转速越高， 油压冲击越大； 满载举升时， 举升缸内油 压振荡比空车举升时有所减轻。 工业出版社 ， 1 9 8 2 ． 【 2 】 陆锦荣， 徐达． 专用汽车展望【 M 】 ． 专用汽车， 1 9 9 5 1 61 64． 【 3 】 雷天觉． 新编液压工程手册【 M] ． 北京 北京理工大学出 版社 ， 1 9 9 8 ． [ 4 】 贾培起． 液压缸[ M】 ． 北京 北京科学技术出版社， 1 9 8 7 ． 【 5 ] 刘来福， 曾文艺． 数学模型与数学建模【 M】 ． 北京北京 师范大学 出版社 ， 1 9 9 7 ． [ 6 】6 杨耀东， 张文明， 董翠艳． 自卸汽车液压系统设计[ J 】 ． 矿 山机械 ， 2 0 0 3 8 1 7 1 9 ． 【 7 】 马锐，张文明． 基于虚拟样机技术的自卸汽车举升机 构优化f J 1 ． 起重运输机械 ， 2 0 0 7 7 3 2 3 3 ． 参考文献 通信地址 北京市海淀区学院路 3 0号 北京科技大学 3 9 6信 【 1 】 吉林工业大学汽车教研室． 汽车设计 【 M 1 ． 北京 机械 箱 1 0 0 0 8 3 收稿 日期 2 0 0 8 1 1 - 1 3 塔式起重机超长距离附着技术研究 李敏哲 ， 谷立臣 ， 余勇锋 ， 杨丽娜 1 ． 西安航天远征流体控制股份有限公司 2 ． 西安建筑科技大学机械 电子研 究所 摘要 由于现代建筑业的蓬勃发展， 塔机高度超高、 附着超长等各种情况时有发生。塔机附着装置安装时 塔机中心到建筑物距离越远 ， 附着杆的长度就越长， 在相同轴向压力作用下， 稳定性就越差， 同时又长又大的杆 件也会给安装带来很大不便。以有关工程实际施工中高塔附着装置设计为例， 研究 自升式塔式起重机的超长距 离附着技术问题 ， 简述 Q T Z 6 3系列 5 0 1 3型塔式起重机超长附着装置设计的一般计算方法。通过计算分析和实 际应用表明， 所设计的附着杆既解决了受压杆过长而引起不稳定的问题 ， 也为施工单位在安装和验算塔式起重 机超长距离附着时提供了参考和依据。 关键词 塔式起重机附着装置结构设计 某工程为一综合性住宅小 区的建设 ，由多幢多 层和小高层建筑组成 ，其 中 1 0号 、 1 1 号为两幢 2 5 层高层建筑 ， 最大高度约为 1 0 0 i n ， 塔机结构高度约 为 1 2 5 m， 每 4层楼房 约 1 6 m 加一道附着装置 ， 加 至第 2 3 层 ， 共设 5道附着装置。根据施工现场的工 程需要， 需在两主楼之间架设 1 台 Q T Z 6 3 系列 5 0 1 3 型塔式起重机 ，塔机中心与建筑物外墙之间的附着 距离为 1 1 ． 1 7 m， 附着点开间跨距为 1 6 ． 3 4 m， 其平面 布置如图 1 所示。 根据塔机生产厂家提供的标准，附着距离一般 图1 1 0 号 、1 1 号楼塔机平面图 作者简介 李敏哲 1 9 7 9 一 ， 男， 陕西宝鸡人， 硕士研究生， 研究方向 机械结构优化设计。 一 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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