悬挂式起重机

悬挂式起重机（精选六篇）

悬挂式起重机 篇1

关键词：悬挂式,梁式起重机,轨道,施工

0 引言

梁式悬挂起重机结构特点是电动葫芦或手动单轨小车沿主梁工字钢下翼缘运行, 进行物料搬运作业, 通常用于车间、仓库等物料搬运作业, 其中手动单梁起重机用于不允许用电或无电源场合。悬挂式起重机可以直接安装在厂房的屋顶结构上, 结构紧凑, 操作灵活, 既可用于地面操作, 也可用于司机室操作。特殊要求情况下, 还可进行遥控操作。因而不必再安装起重机轨道支架, 这就可将全部厂房面积用于生产。特别适合于水泵房、变压器室等结构高度较高、设备占用空间较大的车间。

梁式悬挂起重机的施工顺序

悬挂节点制作→工字钢调直、安装→主梁安装→电气设备配线、安装→车挡、限位安装→调试与验收

在工程实践中起重机的土建施工容易产生如下问题:

1. 预埋件位置不准确、埋件螺栓孔堵塞且疏通困难;

悬挂节点做成整体安装在混凝土梁上, 由于埋件位移造成悬挂节点不在一个水平面或一条直线上, 造成轨道无法安装。

2. 因为悬挂起重机的起、制动是通过主动轮与工字钢轨道的摩擦实现的。

工字钢下翼缘不平, 使工字钢轨道踏面与端梁主动轮不能有效接触;工字钢本身偏差, 如果偏差造成内档尺寸大的一侧恰好是主动轮运行的一侧.也能造成主动轮与工字钢轨道踏面接触不良。因此设备运行中行走扭摆多半是工字钢轨道接长时轨距超差、下轨面不平造成的。

3. 室内工字钢轨道安装须将砌筑、抹灰、粉刷等工序所需室内满堂脚手架全部拆除, 不能交叉施工造成工期延长。

某110KV变电站工程中共需安装3台梁式悬挂起重机, 施工中针对上述问题做了如下尝试取得了不错的效果。

一台安装于开关控制楼三层的GIS室, 主要参数为:Q=5t, S=13m, 轨道长度26m, 32a工字钢轨道6跨, 安装标高17.2m, 地面标高10.1m;两台安装于变压器室, 主要参数Q=3t, S=9m, 轨道长度12.8m, 32a工字钢轨道3跨, 安装标高16.9m, 地面标高-0.15 m。

1预埋件的埋设

混凝土梁内的预埋件根据图集要求制作完成后, 将根据图纸要求设置位置, 在对应的梁侧模板打眼, 在预埋件就位后利用通长螺栓固定在两侧模板上。埋件在钢板表面粘贴海绵条防止灰浆进入螺栓孔内。初凝后, 取出螺栓并将螺栓孔清理干净。

正常情况下为了安装工字钢轨道和起重机, 须在顶板上留设100*100的方孔, 起重机2个;轨道10m以内2个/根, 超过10m每10m增加1个。由于现场安装有QTZ30塔吊一部, 所以工字钢轨道安装不再采用传统利用手拉葫芦就位的方法, 而利用塔吊由室外穿入室内就位。故可减少预留洞的个数, 可减少屋面漏水隐患。

2悬挂节点连接件制作:

悬挂起重设备轨道与混凝土梁通过悬挂节点连接件连接, 根据施工图纸及87SG359 (三) 查出悬挂节点连接件的做法。由于预埋件已经做好, 所以要现场实际尺寸制作悬挂节点连接件。首先用水平仪在每个有预埋件的梁侧面弹出安装高度基准线, 保证各节点的连接件的下边高度偏差在5mm以内。用铅丝栓在一根轨道两端的连接件的同侧, 作为轨道安装基准线, 调整中间各节点的连接件, 保证各连接件与基准线的偏差小于3mm。

根据测量所得的实际埋件安装孔位置, 对悬挂节点竖向钢板编号、画孔位, 打孔时两块钢板点焊在一起成对打孔。按照编号将悬挂节点竖向钢板利用螺栓固定在混凝土梁上, 量出各节点板之间的实际间距。

3轨道安装

由于工字钢轨道长超过12m, 故全部进行轨道接长。根据每根工字钢的有效长度及梁跨度值合理排列, 保证超过承重梁的工字钢的短头部分的长度小于梁跨度的四分之一。两平行轨道的接头位置应错开, 其错开距离不应小于起重机前后车轮的轮距且不能在同一跨内。对工字钢进行调直, 接头部位采用45°斜向焊缝, 6mm剖口焊。工字钢轨道接长后应检查工字钢下翼缘下面的水平度。

为防止吊运时长细结构摇摆造成轨道扭曲, GIS室内轨道三根工字钢连接, 其中一个焊口只做预拼, 分两段吊运, 运至室内后对最后一个焊口施焊。

工字钢轨道在平地组装好后根据前述所得的悬挂节点竖向钢板实测所得数据, 在工字钢上表面用记号笔做出标记和编号。依据标记的竖向钢板位置根据图集要求的竖向钢板和平板相对位置, 将悬挂节点平板点焊在工字钢轨道上表面。工字钢与悬挂节点的安装孔, 必须用磁力钻打孔, 工字钢轨与悬挂节点的螺栓采用高强度螺栓, 在工字钢下部斜面处, 须装斜垫片。

为加快进度利用模板支撑脚手架作为砌筑抹灰及起重机轨道安装的操作平台, 减少不同功能脚手架的重复搭拆, 节约工期。脚手架立杆间距经计算后由0.9m改为1.8m。移开阻碍轨道就位的立杆, 在距混凝土梁梁底500mm处加设小横杆, 找平后铺设脚手板作为工字钢进入室内后的摆放和接长平台。

选用不同长度的钢丝绳固定在工字钢轨道全长的2/3和2/5处, 操作塔吊试吊, 调整钢丝绳长度保证工字钢起吊后呈水平状态。起吊后利用拴在长端的棕绳调整工字钢方向, 使工字钢长端先探入室内。利用塔吊行走小车将工字钢送入室内2/5。将工字钢落在室内脚手架的小横杆上, 松开拴在工字钢2/5处的钢丝绳。缓缓起吊, 利用行走小车和室内壮工配合将工字钢送入2/3。松开钢丝绳, 将工字钢全部滑入室内。

将工字钢垫平和悬挂节点竖向钢板相接, 准确就位后对水平焊缝施焊。焊接时采用断续焊并随时测量并纠正工字钢底面间距。

通过以上措施三台起重机安装后运行正常, 轨道的施工未对其他工序施工产生影响, 节约工期且降低费用。

参考文献

TRIZ理论悬挂式桌子 篇2

院系名称：

姓名:

学习报告学习创新技法突破创新障碍悬挂式桌子

2011-201学年第2学期训练创造性思维

一、设计的背景及意义

下有支柱。可以在上面放东西或做事情。有光滑平板、由腿或其它支

撑物固定起来的家具，用以吃饭、写字、工作

或玩牌。随着社会的不断进步，人们的生活

水平在不断的提高，桌子的种类不增加，有

家具桌、办公桌、学习桌、电脑桌等等。由

图片可知桌子的发展依然停留在地面上，而

未使它到另个空间。这明显看出

桌子占用空间比较大，为此再加

上现在的大学生学习比较轻松

都半躺在床上进行学习，折叠式的学习桌是可以满足大家的需

要，但是

就是不太人性化，桌子不可自由调节，时间久

了就会感到非常劳累，因此我便发明了悬挂式

桌子解决了日常需要。

二、确定待设计系统的主要功能

此悬挂式桌子功能比完善，主要完成以下几个功能：

1、悬挂式桌子能当作学习桌进行使用，在桌子上面可以完成课堂

作业，还有独特的一点在学习绘图时能更好的绘图。（选择最佳绘图角度）

2、可以进行娱乐活动在桌子背面添加了一些智力小游戏，进行放

松自己，也可以当作显示屏进行观看（待扩展），但是可放置显示屏，比如：手机 MP43、可当做病人护理桌，行动不便的病人在床上就能吃饭

三、最终理想的确定

第一步：设计的最终目的是什么？

悬挂式桌子可自进行学习日常需要

第二步：理想解是什么？

可以自由伸缩移动

第三步：达到理想解的障碍是什么？

悬挂杆长短不同，太费料，用导槽进行移动位置不能固定。第四步、它为什么成为障碍？

如果进行选取不同的悬挂杆，导致连接混乱，用槽滑动在进行作业时桌子不稳定，很难完成任务。

第五步：如何使障碍消失？

用一个悬挂杆在槽中移动进行固定

第六步：什么资源可以帮助你?

桌子 悬挂杆 导槽

第七步：在其它领域或者其它工具可以解决这个问题吗？

医疗方面病房护理所用桌子 雨伞

四、矛盾定义及确定创新原理

1、对技术系统中的问题进行描述

悬挂式桌子在使用时桌子比较大，不用时占用空间比较小

2、分析此问题属于技术矛盾还是物理矛盾

属于物理矛盾，使用的分离方法为时间分离，折叠式自行车，狂风超音速战机

3、推荐创新原理说明

折叠式

4、分析推荐创新原理的可行性，确定最终的创新原理。

运用折叠式方法，满足了时间上的需要，方案可行。最终创新原理为折叠式

五、根据创新原理给出可能的几种解决方案

桌子面进行折叠 悬挂杆折叠伸缩

六、确定最理想的解决方案，并说明理由

悬挂折叠与伸缩。

如图一所示改图为床板上的导

槽，它由五根槽组成，考虑到槽空

承载重量不行，因此床边比较宽获

得更大的支撑力。这五个槽可以很

好的控制方向，假如你在3槽那边

就可以把桌子移到3

这里，不用时

移到5那边，不妨碍睡觉，平常想在外面使用可以移到4槽。

如图二所示改图为悬挂图，悬挂杆的结构顶部为滚珠可以槽里自由移动，下面为螺母进行加紧，下面的伸缩杆结构似雨伞结构，只不过上粗下细 5螺母为旋转

螺母进行桌面的旋转，挡片嵌在桌子里面的，不用时悬挂杆伸缩

折叠扣在5槽里

如图三所示桌面反面可进

悬挂式起重机 篇3

QAY200型全地面起重机采用了大量与世界领先水平同步的技术和配置，主要技术包括PLC集成智能控制技术，CAN-BUS总线技术，先导比例控制技术等。主要配置有六桥油气悬挂系统，椭圆形截面六节伸缩臂，下悬式活动自装卸多种组合平衡重以及递进式集中润滑系统等。该起重机的总质量200t，整机外形体积10700×2490×3550mm3，最大起升高度82.1m，底盘为六桥。

油气悬挂系统主要由泵、蓄能器、控制阀及悬挂油缸等组成，结构原理如图1所示。其中蓄能器是油气悬挂的关键部件，其性能直接影响油气悬挂的刚度特性，进而影响到车辆的稳定性以及乘坐者的舒适性。

1.液压缸;2.液压腔;3.阻尼孔;4.单向阀;5.外环形腔;6.内环形腔;7.油气悬挂外罩;8.活塞组件;9,10.蓄能器

2 蓄能器的结构和工作原理

蓄能器是油气悬挂的弹性元件，一般采用囊式结构，由压力容器、带气阀的气囊、袋连接口和单向阀的油口等部分组成。其中单向阀在系统充气压力骤然下降时能自动关闭，对蓄能器起到保护作用。蓄能器的结构如图2所示。

蓄能器的工作时在气囊内充入氮气，利用气体的可压缩性，以液压油为介质，靠封闭气体的弹性变形储存和释放能量，减轻和缓和路面对车辆的冲击。当进入蓄能器中的油液压力增大时，蓄能器气囊内气体受压缩，体积变小，蓄能器内油液体积量增大;相反，当蓄能器内油液压力降低时，气囊内气体膨胀，把油液挤出蓄能器，蓄能器内油液体积量变小，气体体积变大，压力变小。对于车辆而言，总是处于运动之中，经过的路面当然是不平坦的，因而蓄能器处于一个动态的过程。蓄能器的工作过程可分为两个阶段来研究，一是蓄能阶段，气体压缩，压力升高;二是放能阶段，气体膨胀，压力下降。这两个阶段可近似看成绝热过程。

1.充气阀;2.蓄能器外壳;3.气囊;4.提升阀;5.进、排油口部件;6.放气塞;7.压紧螺母;8.垫片;9.密封圈;10.半圆卡箍

3 蓄能器数学模型建立

3.1 数学模型建立

蓄能器内的气体为惰性气体(氮气)，可认为它的性质与理想气体相近，它的状态变化过程可用气体多变方程式来描述，即为：

式中:P1,Ps为气体瞬时压力和平衡位置时的压力;V1,Vs为气体瞬时体积和平衡位置时的体积;r为气体多变指数。

为了研究蓄能器内气体瞬时体积，需建立物理模型，蓄能器物理模型如图3所示。考虑油液压缩性有：

式中：A为液压缸面积(m2);x为激振信号位移(m);V0为平衡位置时油液体积(m3);p2为油液瞬时压力(Pa);βe为油液压缩系数。

蓄能器出口是与液压油管相连的，因而在出口处有一定的压力损失，根据流体理论有：

式中：Q-蓄能器出口处油液流量(m3/s);ζ-蓄能器出口阻力系数;Aα-蓄能器出口处油管断面积(m2);ρ-油液密度(kg/m);(·x·)-激振信号速度(m/s);sign(·x·)-符号函数。

公式(3)即为蓄能器的数学模型，根据经验：蓄能器在快速加载时，即活塞运动速度比较高时，把蓄能器内气体看成一个绝热过程;而在缓慢加载时，即活塞运动速度比较低时，把蓄能器内气体看成一个等温过程，这样可忽略温度的影响。实际上车辆载运行时，从过程来看不是一个完全的绝热过程，蓄能器的气囊和外壳的热损失是存在的，但研究结果表明蓄能器的热损失很小，可以近似看作为零。

3.2 气体多变指数

蓄能器的气体多边指数r，对理想气体等温过程时有r=1，绝热过程时有r=1.4，这是针对理想气体中假定气体分子不占有体积，气体分子间没有相互作用的情况而设定的。而实际气体分子却相反。对2.5L,3.5Mpa的蓄能器在常温下的性能进行分析，并且得出结论：激振器振动频率在1Hz以下时多变指数取1，激振器振动频率为1Hz-3Hz时多变指数取1.4，激振器振动频率在3Hz以上时多变指数时取1.7是可行的。

4 蓄能器性能仿真分析及试验数据对比

蓄能器气体压力与激振器位移和速度的关系如图5-6所示，初始充气压力对蓄能器位移特性和速度特性的影响见图7。

对比试验及计算机仿真分析的结果，可以知道，油气悬挂处于压缩行程时，蓄能器为储能过程;油气悬挂处于拉伸行程时，蓄能器处于释放过程。蓄能器在拉伸行程和压缩行程其压力基本相同，说明蓄能器热损失很小。但在同一速度作用下，其压力是不同的，这主要是由于激振信号处于不同位移造成的。在同一振幅不同频率作用下，蓄能器内气体压力是不同的，这主要是蓄能器内气体多变指数的变化造成的，说明多边指数与激振信号的频率有关。

5 结语

研究表明蓄能器初始充气压力和体积决定了油气悬挂的刚度，随着蓄能器初始充气压力减小，油气悬挂的弹性力和刚度系数也相应的增大，反之减小;随着蓄能器初始充气体积的增大，油气悬挂的弹性和刚度系数相应的减小，反之增大。

蓄能器内气体压力主要与输入信号的位移和频率有关。蓄能器初始充气压力和体积是油气悬挂优化设计的重要参数，直接影响到车辆的刚度特性，进而影响到车辆的固有频率和乘客乘坐的舒适性。

研究油气悬挂蓄能器的工作过程，必须考虑实际气体特性和油液压缩性。多变指数是研究蓄能器首先要确定的因素，实际上随气体状态的不同而发生变化的气体多边指数值要根据输入的信号的频率值来合理确定，而不能以气体等温或绝热过程的理论值来确定。

摘要：蓄能器是油气悬挂装置的重要组成部分,通过对蓄能器的研究可使起重机悬挂系统获得最佳性能。介绍了油气悬挂系统的结构原理,解释了蓄能器的结构、性能以及工作原理,建立了蓄能器工作过程数学模型,并以该模型为基础进行了特性分析,结果表明激振器位移和速度与蓄能器气体压力密切相关,初始充气压力和体积是影响蓄能器刚度和阻尼的主要因素。

关键词：油气悬挂,仿真分析,蓄能器,起重机

参考文献

[1]李俊玲.全地面起重机油气悬挂系统仿真研究[D].吉林大学硕士学位论文,2004.

[2]马国清,王树新,檀润华.油气悬挂系统特性研究[J].液压与气动,2002.1:1-2.

悬挂式起重机 篇4

1台美国生产的格鲁夫GMK5220型全地面起重机,操作者操纵其控制器(ECOS)悬挂系统的自动找平开关时,悬挂系统只能起、落而无法自动找平,且控制器显示屏没有显示任何故障代码。

2.原因分析

分析认为,引起悬挂系统自动找平失效的原因主要有以下4点:一是悬挂选择阀卡滞,二是控制悬挂起升的电磁阀卡滞或未工作,三是控制自动找平的保险丝烧断,四是8个高低接近开关中某个接近开关出现故障,五是悬挂系统线路有问题。

3.故障排查

(1)排查电磁阀

操纵悬挂系统自动找平开关时,悬挂系统只能升降无法自动找平,但是使用手动模式可实现悬挂缸升降。这说明悬挂选择阀Y4709及悬挂起升电磁阀Y4301、Y4302、Y4303、Y4304、Y4305、Y4307无故障。

(2)排查保险丝

观察控制器显示屏没有任何故障码,若有保险丝烧坏控制器显示器会显示故障,由此说明保险丝无故障,故障部位可能出现在接近开关。

(3)排查接近开关

若接近开关出现故障,会造成悬挂缸频繁起落。这是因为接近开关在自动找平时没有输出高位或低位信号,控制器无法确定悬挂缸距离平衡点的高、低位置,所以只能使执行电磁阀得电,使悬挂缸起落。将悬挂缸均降到最低点,观察悬挂缸接近开关指示灯,此时8个指示灯均点亮,属正常;再将悬挂缸升到最高点,此时指示灯全灭,也属正常(若某个指示灯不亮,就说明该接近开关有故障)。

(4)排查线路

经上述排查后,需检测接近开关的信号线是否正常。通过查看GMK5220型全地面起重机电路图,可找到接近开关线路端子的定义。将悬挂缸降到最低点,打开左前侧支腿上的1/O1号板的接线盒,使用万用电表测量其X6的1、3、5、7端子线,这4个端子线分别与S4301N、S4302N、S4303N、S4304N等4个接近开关的信号线连接。检查发现3号端子线输入的电压是低电位,属于异常;其余端子线均为高电位,均正常。该机I/O1号板接近开关线路如图1所示。

再打开右后侧支腿上的I/O2号板的接线盒,使用万用电表测量其X6的1、3、5、7端子线。这4个端子线分别与S4305N、S4306N、S4307N、S4308N等4个接近开关的信号线连接,结果这4个端子线输入的电压均为高电位,均正常。该机I/O2号板接近开关线路如图2所示。

很明显,问题出现在与I/O1号板3号端子连接的接近开关S4303N的信号线上。为了进一步确定故障部位,需要给控制器ECOS一个测试信号,即将右侧S4307N接近开关的信号线连接到左侧3号端子上。为此,首先将电源断开(此时不断电源控制器会出现故障报警码),其次将3号端子线断开,再次将S4307N接近开关的信号线拆下后连接到3号端子上,接着启动发动机操纵自动找平按键,最后观察悬挂系统可以正常自动找平。由此判定接近开关S4303N信号线有问题。

悬挂式起重机 篇5

1. 系统结构和工作原理

(1)结构

全地面起重机油气悬挂系统分为独立式和连通式2种结构。连通式油气悬挂系统具有较好的抗侧倾性能,从而得到广泛应用。连通式油气悬挂系统主要元件包括4个悬挂缸、2个蓄能器、4个电磁阀、2个气控锁定阀,并配有供油和供气装置,如图1所示。

(2)工作原理

柔性支撑状态

油气悬挂系统处于柔性支撑状态时,4个电磁阀关闭,2个气控锁定阀接通,每1侧悬挂缸的无杆腔和有杆腔分别与另1侧悬挂缸的有杆腔和无杆腔互相沟通,且与各自的蓄能器连接。在这种条件下,路面产生的冲击力可通过悬挂缸内的压力油传递给存有一定压力气体的蓄能器,从而起到缓冲和吸收振动的作用。此外,该种连接还可以减少起重机转弯时的侧倾角,从而提高起重机行驶的稳定性。柔性支撑状态时悬挂系统受力情况如图2所示。

容腔Ⅰ——左侧悬挂缸无杆腔容腔Ⅱ——左侧悬挂缸有杆腔和右侧蓄能器容腔Ⅲ——右侧悬挂缸无杆腔容腔Ⅳ——右侧悬挂缸有杆腔和左侧蓄能器Y1、Y2、Y3、Y4——电磁阀

刚性闭锁状态

油气悬挂系统处于刚性闭锁状态时,其全部电磁阀和气控锁定阀均关闭,悬挂缸无杆腔与蓄能器及其他液压元件断开。在这种状态下,起重机可实现吊重行驶功能。刚性闭锁状态时悬挂系统受力情况如图3所示。

姿态调整状态

油气悬挂系统处于姿态调整状态时,起重机可通过气控锁定阀和电磁阀,实现整车升降、单侧升降、整车调平等底盘调整动作。

当2个气控锁定阀连通、且分别接通Y2、Y4或Y1、Y3电磁阀时(见图1),可实现车架的整体升高或降低,从而提高整车的通过性能。

当2个气控锁定阀锁定,分别接通一侧电磁阀时,可使该侧的车架升高(接通Y2)或降低(接通Y1),而另一侧的车架会有较小幅度的升高或降低。

当接通调平开关时,悬挂缸上的传感器开始检测活塞所处的位置,进而调节相应悬挂缸,以达到整车调平的目的。

2. 故障现象

起重机上车作业之前,先将支腿支起,使起重机处于支腿支撑状态。此时要求起重机轮胎全部悬空,并通过油气悬挂系统刚性闭锁功能予以锁定。

但是在起重机实际使用过程中,经常出现上车作业时,油气悬挂系统刚性闭锁功能失效即不能锁住现象。具体表现为2个方面:一是将支腿打起后,轮胎在悬置状态保持一段时间后,出现一定量的下落,甚至下落至地面。二是油气悬挂系统从柔性支撑切换至刚性闭锁状态后,在打起支腿的过程中,轮胎不能离开地面。

3. 分析故障原因

经分析与计算,油气悬挂系统处于刚性闭锁状态时,悬挂缸有杆腔应和蓄能器连接并保持10MPa压力,无杆腔应保持2.5MPa压力。即容腔Ⅰ、容腔Ⅲ压力为2.5MPa,容腔Ⅱ、容腔Ⅳ压力为10MPa (见图1)。此时悬挂缸有杆腔和无杆腔油路均被锁死,悬挂缸活塞杆不应伸出。只有悬挂缸、气控锁定阀及电磁阀产生内泄漏,才会造成悬挂缸活塞杆自动伸出。

(1)悬挂缸内泄漏

若容腔Ⅱ向容腔Ⅰ内泄漏,将使容腔Ⅱ压力降低、悬挂缸活塞杆伸出,即出现“锁不住”现象(见图1)。

(2)气控锁定阀内泄漏

若左侧气控锁定阀内泄漏,则会造成容腔Ⅳ向容腔Ⅰ泄漏,导致容腔Ⅰ油压升高,使左侧悬挂缸活塞杆伸出,即出现“锁不住”现象。同时由于容腔Ⅱ被压缩,因此其油压升高。此外,容腔Ⅳ油压降低,还会而引起容腔Ⅲ油压降低。

(3)电磁阀内泄漏

某个电磁阀内泄漏,并不会引起悬挂缸活塞杆自动伸出。但若右侧气控锁定阀和电磁阀同时发生内泄漏,则容腔Ⅱ、容腔Ⅲ油压下降,左侧悬挂缸活塞杆在起重机重力作用下自动伸出,即会发生“锁不住”现象。

4. 故障排查

根据对油气悬挂刚性闭锁失效故障的原因分析,可以采用以下3种排查方法:

(1)直接更换法

直接更换法,就是直接更换疑似引起悬挂系统闭锁失效的元件,以排除故障。油气悬挂系统各元件故障率统计结果表明,气控锁定阀、悬挂缸和电磁阀故障占比分别为60%、30%和10%,因此可以按照概率依次更换元件。采用该方法不需要现场维修人员具有较强的分析能力,但是现场更换元件存在碰运气成分,有可能多次更换元件后,仍未找到故障部位。

(2)测试检查法

测试检查法,就是在4个容腔处接入压力测量设备,根据4个容腔的压力变化情况判断故障部位。采用该方法要求现场维修人员对油气悬挂系统原理比较清晰,具有较强的分析能力,还需有测试设备,并且这些测试设备要能够方便地接入油气悬挂系统。但是即使这样,采用该方法仍无法准确判定故障部位。

(3)分段检查法

若液压系统各元件连接在一起,无法准确判定故障部位,为此可采用分段检查法,查找故障部位。采用该方法时,可以在系统中接入一些截止阀,将系统各元件分离开来有助于判断故障。以左侧第一桥悬挂刚性闭锁失效为例,在第一桥悬挂缸接入3个截止阀,然后进行查找,如图4所示。其步骤如下所述。

第一步,将截止阀1关闭,将截止阀2和截止阀3打开。此时若第一桥悬挂缸活塞杆不自动伸出,则说明左侧气控锁定阀存在内泄漏;若悬挂缸活塞杆自动伸出,则说明第一桥悬挂缸、右侧气控锁定阀或电磁阀这3个元件中存在内泄漏。

第二步,将截止阀1和截止阀3关闭,将截止阀2打开。此时若第一桥悬挂缸活塞杆不自动伸出,则说明第二桥悬挂缸存在内泄漏;若第一桥悬挂缸活塞杆自动伸出,则说明第一桥悬挂缸、右侧气控锁定阀或电磁阀存在内泄漏。

第三步,将截止阀1和截止阀2关闭,将截止阀3打开。此时若悬挂缸活塞杆不自动伸出,则说明第一桥悬挂缸存在内泄漏;若第二桥悬挂缸活塞杆自动伸出,则说明第二桥悬挂缸、右侧气控锁定阀或电磁阀存在内泄漏。

若第二步和第三步检查时,均出现悬挂缸活塞杆自动伸出现象,则可判定是右侧气控锁定阀和电磁阀存在内泄漏。

悬挂式偏心欹器的分析与制作 篇6

关键词：欹器,数学建模,机构仿真,优化,重心

引言

在中国古代的文献中，很早就有关于欹器的记载，这种装水的器物设计很是巧妙，当其不装水的时候，整个器物呈倾斜状态，若水装的适中，不多不少的时候就会是端正的，但当里面的水装满时就会倾倒.

《孔子家语·三恕》及《荀子》中，就记载了孔子和欹器的故事，根据其特性，孔子告诫他的学生要牢记“谦受益，满招损”这一人生诫训，要时刻保持谦虚谨慎，戒骄戒躁.也正是欹器具有“虚而欹，中则正，满则覆”的特点，华夏的祖先三皇五帝都曾把它作为警戒之器，恭敬地放置在御座旁，时刻提醒自己的为人准则，人们现在所说的“座右铭”就是由此而来.然而在汉代末期，发生了动乱，欹器曾一度失传了，史书上记载，中国西晋时期著名的政治家、军事家杜预经过反复的设计推算、推敲，最终将欹器制造出来，继西晋杜预之后，南北朝时期著名的数学家、天文学家和机械制造家祖冲之也制作过欹器，后来隋代的耿询，唐代的马待封都成功地制造出了欹器，可以说，中国历史上著名的能工巧匠都以制作欹器来彰显自己的技艺.

从以上几个屈指可数的能工巧匠以及为数不多存世的欹器实物就能看出欹器的制造难度.在当代，高云峰[1]、王永礼等[2]都对欹器进行了探究，但是都没有给出具体、可行的设计制造方案，现代制作出来的欹器也多采用手工制作的方法，加工效率低、成本高，不适合大规模推广，这对蕴含了人生哲理的警戒之器所承载文化的延续不能不说是个遗憾.为此，本文提出了一种基于传统机械加工的欹器制作方案，对关键结构参数进行了优化，并制作出了欹器实物.

1初步方案的确定

1.1放置形式的选择

综合文献[1,2,3]，欹器主要有3种放置形式：悬浮式、触地式和悬挂式.高云峰[1]利用重力势能分析方法对触地式欹器进行初步探究，因为接触点是变化的，所以分析过程比较复杂，也没能给出具体的结构尺寸参数.同样悬浮式欹器在水面上悬浮过程中重心、接触范围变化也比较复杂.王永礼等[2]对悬挂式欹器进行了简化力学分析，提出的方案结构比较复杂，参数比较多，实际的效果还有待验证.

结合查阅的资料和文献、欹器的特性和现存实物，悬挂式是最普遍的放置方式，设计也是最简单的，所以本文选择悬挂式的欹器作为研究方向，设计出结构简单、加工方便的悬挂式欹器.

1.2外形结构和加工方法的选择

欹器的首要特性就是“虚而欹”，也就是当其不注水的时候欹器是倾斜的，所以欹器必定是偏心设计，初步构思欹器的外形如图1所示.普通的机械加工方法包括车铣刨钳磨等，从加工精度和制作成本角度考虑，结合图1所示欹器的设计，加工方法选用车削加工.

如图1所示，整个欹器的外形是以Z轴为基准轴的回转体，Z轴为内部镗孔的基准轴，Z轴和Z轴的偏距为t,图中圆孔为欹器的悬挂点，其圆心距离Z和X轴的距离分别为s1和s2，悬挂点一共有2个，同轴并以纸面为基准面对称.图1为了清楚地表现悬挂点的位置，有意将悬挂点放大了.

2结构参数与力学分析

2.1重心坐标的计算

对注水欹器的重心坐标(x,y,z)进行计算，结合图1的结构参数对欹器进行数学建模，得到了如下的数学模型：

当0 h R2时

当R2<h l+R2时

式中,ρ1为欹器材料的密度，ρ2为欹器内所装液体的密度，h为所装液体的深度.

2.2悬挂点的选取

根据图1所示的欹器结构参数，要实现欹器“虚而欹，中则正，满则覆”的特性，必须满足以下几个条件：

(1)“虚而欹”，也就是不盛水或盛少量的水时，欹器的重心坐标(x,y,z)相比较悬挂点坐标(-s1,0,s2)满足关系式z ≤s2和x≠-s1，即悬挂点在重心点竖直(Z轴)方向的斜上方的时候，欹器就会呈现倾斜状态；

(2)“中则正”，根据前面“虚则欹”的判断，盛水欹器的重心坐标(x,y,z)相比较悬挂点坐标(-s1,0,s2)满足关系式z ≤s2和x=-s1时，也就是当悬挂点在重心点竖直(Z轴)方向的正上方的时候盛水欹器就会呈现竖直状态；

(3)“满则覆”，盛水欹器的重心坐标(x,y,z)相比较悬挂点坐标(-s1,0,s2)满足关系式z>s2时，也就是当悬挂点在重心点竖直(Z轴)方向的下方的时候盛水欹器就会发生倾覆.

实际加工中，选取铝作为欹器加工原材料，铝相比较钢、铸铁等金属材料具有加工性能好、价格适中和不容易生锈等特点，其密度约为2.7 g/cm[3]；欹器内所盛液体为水，其密度约为1 g/cm[3].

在欹器结构尺寸参数选取方面，欹器的壁厚在圆周方向发生规律性变化，为了使其不在加工的时候被车床夹坏，根据实践经验，选取偏心距离t=2 mm，欹器外径R1=20 mm，欹器内径R2=15 mm，欹壁最薄处为3 mm，选取欹器壁高度l=40 mm.

欹器注水是动态过程，根据所建数学模型和所给尺寸数值，在MATLAB中对欹器重心坐标变化进行仿真[4,5]，仿真结果如图2所示.

图2仿真结果显示在欹器不断装水过程中其重心从左边起点开始，沿着曲线先向右下方下降，然后向右上方上升，并且最终重心点会高于不装水时的重心，这与实际生活经验是相符合的.

在得到重心变化的规律后，接下来确定悬挂点的位置.根据力学知识在重心变化轨迹四周划分如图3所示的6块区域，逐一对每一块区域进行分析，选取出可行悬挂区域.

在区域1中任意一点，在竖直方向(Z轴)上悬挂点在重心起始点的上方，满足欹器“虚而欹”的要求.随着不断的注水，重心位置右移，某一时刻的重心的水平坐标值恰好与悬挂点的水平坐标值相等，即悬挂点和重心点恰好在一条竖直线上，这时欹器呈现“中则正”状态.继续注水，重心位置上移，当重心点高于悬挂点时，欹器就会发生倾覆，满足“满则覆”的要求，区域1是悬挂点的可行悬挂区域；在区域2中，很显然在欹器未注水的时候即起始点重心位置就会高于悬挂点，在初始状态欹器就会发生倾覆，不符合要求，区域2不是可行区域；对于区域3，在竖直方向上，所有的重心点都会高于悬挂点，不符合“中则正”时悬挂点恰好在重心点的正上方的要求，同样可以排除区域3；区域4和区域6类似于区域2，若悬挂点在区域4或6内，悬挂点会高于重心起始点位置，这样在初始时欹器就会发生倾覆，区域4和区域6都不符合要求；当悬挂点在区域5中时，悬挂点一直高于欹器在所有时刻的重心位置，这样无论注入多少水欹器都不会发生倾覆，区域5也可以排除.

经过论证只有区域1符合要求，为可行悬挂区域，但是不包括区域1的边界(图3虚线所示)，悬挂点在这个区域内的任意位置都可以满足欹器“虚而欹，中则正，满则覆”的要求.可行区域的确定利于后期的加工制作，降低对加工精度的要求，提高生产率和合格率.

综合考虑在区域1中最终选定悬挂点位置为(-1.5,0,11.5).

2.3 Pro/E机构仿真

为了进一步验证数学仿真的准确性，使用Pro/E进行三维实体模型仿真[6,7].

根据前面给出的结构参数值建立三维模型，普通的零部件都是常规建模，水的建模是难点，因为Pro/E机构模块主要是模拟刚体等机械系统，所以欹器中的水是很难在该软件中建模并仿真的，参照前面的数学建模时的方法，对欹器水平时的水进行建模，该方法虽然不能很好地模拟欹器倾斜时水的动态分布情况，但是如果所注入水的高度恰好使欹器平衡，那么该状态在Pro/E中是可以模拟的，而且结果是可信的.

在完成建模和装配后进入Pro/E机构模块进行仿真，这时需注意几点.首先，需对系统中的每个零部件的质量属性进行定义，确定使用材料的密度值.其次，需对整个系统定义重力加速度，其方向是z轴负方向.最后，欹器转动的轴定义为销钉链接，但是只定义销钉是不够的，同时需要在转动轴上施加一个阻尼，这样可以保证仿真时欹器不会在重力作用下不停地做单摆运动，更加符合实际情况.如图4(a)所示.

仿真结果如图4(b)所示，在重力作用下欹器稳定后呈现如图所示的3个状态，从左往右依次是欹器在注水时的3个关键位置.这和前面MATLAB仿真结果基本吻合.再次证明了数学仿真的准确性.

2.4实物加工和注水试验

结合前面给出的结构参数，使用铝棒和铝板为原材料，进行车削与钳工加工，在装配调试后最终完成了如图5所示的欹器实物.

图5所示的注水试验表明，该欹器完全满足预期要求，说明本文提出的设计方法是可行的.

2.5结构尺寸参数的优化

在欹器加工过程中悬挂点的位置确定比较困难，因为悬挂点是在曲面上，定位划线很困难，再加上仪器本身的误差，导致在后期的装配过程中需要多次调试.为了解决这个问题，首选的方法就是增大区域1的面积，可行悬挂区域面积的增大可以相应的降低加工过程对精度的要求.

根据实际情况，选取关键参数偏距t、内径R2作为分析的目标，单独分析这2个参数对悬挂区域面积大小的影响[8]，分析结果如图6和图7所示.

在图6中可以清楚地看出偏距t和悬挂区域面积基本呈现线性关系，随着t的增大，悬挂区域的面积也在增大.在图7中，当内径R2远离外径(图7中分析时使用的外径值为20)时，R2的变化基本对悬挂区域面积的大小没有影响，当内径R2接近外径时，内径的变化对悬挂区域的影响陡然增加，悬挂区域面积也随之急剧增大.

综合来看，增加偏距t会增大悬挂区域面积，降低对加工精度的要求，但是过大的偏距会影响欹器的美观.当内径R2到接近外径时也可以增大悬挂区域面积，但是此时的壁厚会变薄，对加工不利，此方法还有待考证.

3结论

(1)本文提出了一种使用传统机械加工方法的悬挂式欹器设计方案，相比较以前的欹器具有结构简单、易加工等特点，制作成本低廉，具有实际的经济价值，可以大规模生产推广.

(2)本文采用了MATLAB数学建模仿真和Pro/E三维建模仿真的方法确定注水过程的重心位置变化规律，建模时考虑到了制作欹器的材料和所注液体材料的密度，如果不使用本文提到的铝材或者所注液体的密度不同于水的密度，但只要知道所用材料的密度就能很容易设计出不同结构参数满足不同需求的欹器，为以后的设计制造奠定了基础.

(3)悬挂式欹器的功能实现的关键是确定悬挂点的位置，本文提出了可行悬挂区域的概念并研究了相关参数对区域面积的影响，通过调整结构参数来降低欹器加工过程中对精度的要求，提高生产率，降低加工难度与制造成本.

参考文献

[1] 高云峰.欹器的原理及设计.力学与实践,1999,21(2):76-79

[2] 王永礼,张秉伦.悬挂式欹器的静力学分析及简化设计.力学与实践,2003,25(5):51-54

[3] 王大钧.半坡的尖底红陶瓷.力学与实践,1990,12(3):71-74

[4] 周博,谢东来,张宪海.MATLAB科学计算.北京:机械工业出版社,2010

[5] 马格雷伯(Edward B Magrab)等著.MATLAB原理与工程应用(第2版).高会生,李新叶,胡智奇等译.北京:电子工业出版社,2006

[6] 二代龙震工作室.Pro/Mechanism Wildfire 5.0机构/运动分析.北京:清华大学出版社,2011

[7] 王凯,曹西京.基于Pro/E的机械产品机构运动的仿真设计.轻工机械,2006,24(1):62-64