混合臂式高空作業(yè)車是國家重大工程項目“神光3”激光裝置中的“靶場光電控制系統(tǒng)輔助系統(tǒng)”子項目中的一個預研項目。原有的靶室維護設備和各層的靶室外高空作業(yè)車的特殊結構決定了其功能比較單一,而該作業(yè)車可同時完成靶室內維護和靶場拆裝作業(yè),從而提高設備性能并達到減少現(xiàn)場設備數(shù)量的目的。除此之外,靶場環(huán)境空間狹小且布滿障礙物;針對這些特殊要求,混合臂式高空作業(yè)平臺經過與相同功能類似結構的設計的類比,采用現(xiàn)代的設計理論及分析方法,設計了一具有特殊結構與機構的混合臂式高空作業(yè)設備;經驗證,該設備可順利完成預期設計任務,滿足設計指標,具體取得的成果如下:
(1) 結合項目設計任務的各項要求,完成了混合臂式高空作業(yè)車總體和各部分方案的確定。在總體方案確定后對各項機構和結構進行詳細的設計:采用混合臂式作業(yè)方式來實現(xiàn)幅度及高度的要求;采用平行四邊形機構的第一節(jié)折臂結構使小平臺始終保持水平;采用絲杠調平及由組合絲杠驅動的伸縮吊籃以減少系統(tǒng)負擔;采用可水平豎直伸縮的支腿實現(xiàn)了整車的運輸尺寸最小化等; 根據整車的具體運動完成了液壓系統(tǒng)的設計;建立了混合臂式高空作業(yè)車的三維 Pro/E 模型;經驗證該作業(yè)車的安全性及作業(yè)空間均滿足要求。
(2) 運用有限元軟件 運想重工 對混合臂式高空作業(yè)車在高度最高和幅度最大兩種工況下的整車靜力分析,得到了整車結構的應力與變形云圖。分析表明混合臂式高空作業(yè)車在兩種工況下的變形和應力均能滿足工程上的設計需求,為作業(yè)車整體結構和機構的安全性提供了理論保障。
(3) 研究了混合臂式高空作業(yè)車的動態(tài)特性。首先以 運想重工 為平臺,對典型工況下混合臂式高空作業(yè)車進行了模態(tài)分析,并以模態(tài)分析的結果為依據,對小平臺結構進行了合理的優(yōu)化改進。其次采用多剛體系統(tǒng)動力學建模的等效元素法建立了作業(yè)車的動力學模型;利用動力學分析軟件 ADAMS 對系統(tǒng)進行仿真,得到兩種工況下槽臂變幅油缸的受力變化曲線和系統(tǒng)末端的位移及加速度曲線。曲線表明槽臂變幅油缸在工作過程中的壓力小于預設壓力值,滿足實際工程要求;同時驗證了該設備的作業(yè)空間滿足項目任務的要求。
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