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1、湘潭大学硕士学位论文混凝土泵车臂架系统的仿真与应用姓名：吴瀚晖申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：龙国键20060501湘潭大学硕士学位论文 I 摘 要 混凝土泵车是集输送成品混凝土和浇筑工序于一体的建筑机械， 在将预拌好的混凝土输送到模板的过程中，可连续均匀快速地输送，使混凝土不易离析，质量得到保证，是现代建筑不可缺少的工程机械。经过 20 余年的发展，我国的混凝土泵车已经从完全依赖国外进口逐步实现了设计制造的国产化，但是，在泵车的设计制造过程中，作为泵车的重要组成部分臂架系统由于其运动形式的多样性， 其各组成构件间铰点的受力情况比较复杂，难以通过传统的样机试验准确地测量出实际的
2、变化规律，是泵车设计的瓶颈问题。 本文从实际问题出发，针对混凝土泵车臂架设计需要，建立了臂架系统动力学仿真模型，应用仿真模型对布料臂架系统进行了仿真研究，得出了臂架系统各组成构件之间铰点的作用力变化规律，为臂架系统组成构件的结构参数设计提出依据。 本文首先介绍了混凝土泵车的发展概况和国内外部分专家学者对泵车产品的研究状况。然后详细的介绍了泵车的基本组成及臂架系统的结构特点和机构特性。并着重地论述了仿真技术的发展状况和在本文仿真研究中所用到的 ADAMS 仿真软件， 以及该软件所涉及的有关多体动力学基础理论，其中包括多刚体系统动力学的数学模型和ADAMS 软件算法等。 本文的主要工作是运用 AD
3、AMS 仿真技术，建立模型对原有的产品进行仿真分析，再通过实验验证仿真结果真实可信，然后把仿真模型进行参数化处理，这样就可以在新产品的开发初期，快速构建臂架系统模型，对可能出现的运动状况进行仿真研究，了解各个连接铰点和各支油缸的最大受力情况，然后进行适当的优化处理，并以优化结果为依据， 确定初步的设计方案。 目前， 该方法已被应用于正在开发的 49M 新泵车的设计中。 关键词：混凝土泵车 ；臂架系统 ；仿真 ；优化 湘潭大学硕士学位论文 II ABSTRACT Truck mounted concrete pump is a construction machinery that can tr
4、ansport and cast concrete. It can guarantee the quantity of the concrete in the process of transport from the mixing plant to the construction spot, is an indispensable engineering machine in modern construction. Through the development of more than 20 years, our countrys truck mounted concrete pump
5、 has gradually carry out to design and manufacture by ourselves from the complete dependence abroad. But, in the design manufacturing process of the truck mounted concrete pump, the boom system ,as an important part of truck mounted concrete pump, is a series bottleneck for its series of motion mode
6、s, complex applied force in the hinge points and the hard to experiment through a traditional way to measure an actual variety regulation accurately. Aiming at the design of the boom of truck mounted concrete pump，this paper established the boom system dynamics simulation model and then used this mo
7、del to do the simulation study of the boom system. The simulation results revealed the change laws of the applied force in the hinge points among various components of the boom system. This work provides the design principle of boom system components. Firstly, the paper introduced the development an
8、d the research situation of the truck mounted concrete pump. Secondly, the constitution of the truck mounted concrete pump and the structural traits and machine characteristics of the boom system were introduced in detail. It emphasized to present the development of simulation technique, the softwar
9、e ADAMS which is involved in this research project and the basic theory of multi-body dynamics which relates to ADAMS and includes the math model of multi-body system and the numeric algorithm et al. The main tasks of this paper are applying the ADAMS simulation technique to establish the model to a
10、nalyze the existent products, testing the correctness of simulation result and then making the original simulation model parameterized to apply it into the design of the 49M boom of truck mounted concrete pump. It simulated the possible motion situation of the boom of truck mounted concrete pump and
11、 got the stress states of hinge points and cylinders at the beginning of design. Finally, an optimize simulation was done and we can establish primary design project by the result of the optimization. Key words: Truck mounted concrete pump；boom system；simulation；optimization 湘潭大学湘潭大学 学位论文原创性声明学位论文原创
12、性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复
13、制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 湘潭大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 课题提出的背景和意义 将搅拌好的水泥混凝土输送到施工位置的方法有许多种。 传统的方法是用升降机或卷扬机送到高处或低处施工位置。 近年来出现了用混凝土泵将水泥混凝土运送到施工位置的新方法，这样可实现连续作业、提高施工质量、节省施工时间、提高经济效益。 泵送混凝土施工是现场浇筑混凝土施工技术的重大进步。 因地制宜的推广泵送混凝土技术，不仅能够提高我国现浇混凝土施工的工业化、机械化水平，而且是提高现浇混凝土施工质量和经济效益，做到文明
14、施工的重要途径。在混凝土工程施工过程中，混凝土的输送和浇筑是一项繁重的、关键性的工作。它要求迅速、及时、保证质量和降低劳动消耗。尤其是对于一些混凝土量很大的大型钢筋混凝土构建物（大型设备基础、地下工程等）和高层建筑，能否正确选择混凝土输送和浇注方法就显得极为重要，它往往能决定工期长短和劳动量消耗，而混凝土泵车正好能满足上述要求，因此混凝土泵车正在迅速取代传统落后的混凝土浇筑施工方法，逐步成为建筑施工中不可缺少的关键设备。另一方面，我国有着巨大的混凝土泵车的需求市场， “十五”至 2010 年期间，我国要建一大批大型煤矿、油田、电站、机场、港口、高速铁路、高速公路等重点工程，同时也要进行大量的城
15、市道路，城镇住宅的开发和建设，这都需要大量的混凝土泵车。 混凝土泵车由汽车底盘，混凝土输送泵和布料臂等组成 1。混凝土泵将混凝土压送到输送管内，布料臂可以方便地改变输送管出口的位置，从而把输送和浇筑两道工序合二为一；可以同时完成水平和垂直输送任务, 省去起重设备；没有中间转运，连续、均衡输送，混凝土不容易离析；混凝土在管道内输送损耗小，容易做到文明施工；采用汽车底盘，移动方便，可以提高设备利用率，取得好的经济效益 2。 根据近年来国内外的一些调查资料表明， 混凝土泵车主要有以下几个方面的发展趋势： 向大排量方向发展。现在多数排量为 120m3/h 左右，最大可达 200m3/h； 泵送压力向高
16、压的方向发展，随之泵送高度与距离也相应增大。目前，理论最大垂直泵送高度可达到 532m，最大水平输送距离可达 2000m； 泵车臂架的卷折型式向着多样化，节数向着四节以上，长度向着更长的方向发展，目前，德国普兹迈斯特公司生产的 PM 泵车臂架为五节臂，最长达 62m； 布料臂架的操作采用新技术，如无线遥控技术、计算机技术、电液比例技术、负荷传感技术等（机电一体化） ； 由于道路条件和施工现场建筑物密集，在不降低性能参数的前提下，混凝土泵车的整车质量和外形也向小型化发展； 混凝土泵车向多功能化发展； 湘潭大学硕士学位论文 2 泵车的工作平稳性、可靠性得到极大的提高 3。 从混凝土泵车的发展趋势可以了解， 布料臂架的发展进步对提升泵车整车性能非常重要，臂架机构作为混凝土泵车的重要组成部分，它一般由 35 节臂首尾铰接而成，用于支撑混凝土输送管道， 在工作时通过回转、 卷折等动作， 改变布料臂出料口的位置，实现混凝土料流的定点浇灌。 布料臂架机构可通过每个铰
