强夯机臂架防后倾研究
The research on anti-overturn of dynamic compactor arm stand
王 欣1，姚 敏1，曹旭阳1，白朝阳2，周 波3，徐金帅2
WANG Xin, YAO Min, CAO Xu-yang, BAI Zhao-yang, ZHOU Bo, XU Jin-shuai
（1.大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116024；2.大连益利亚工程机械有限公司，辽宁 大连 116024；
3.徐工集团工程机械股份有限公司 建设机械分公司，江苏 徐州 221004）
目前国内强夯机市场的形成尚不完善，没有统一的市场准入制度，因此国内现存的强夯机主要有两类：一类是专用强夯机，可进行连续强夯，作业效率较高；另一类以中小型（150～800kN）履带起重机作为改造对象，通过增加辅助装置来实现8 000kNm以下能级的强夯作业，经济性好，但大都采用自动脱钩装置释放夯锤，工作效率偏低。本文主要针对以履带起重机为基础改造的强夯机进行研究。此类强夯机在提升夯锤的过程中，由于臂架变形以及柔性变幅系统变形储能，在突然释放夯锤的瞬间静力平衡被打破，出现了臂架大幅度反弹以及振动等动态响应，因此在设计时，采用了增加臂架刚度、改进防后倾装置的方法，来减少变形储能和有效释放变形储能[3]。
本文通过P r o /E n g i n e e r 、A N S Y S 以及ADAMS建立刚柔耦合模型，对臂架防后倾进行动力学仿真，并得出防后倾弹簧刚度系数的优化值域、最佳工作臂长以及防后倾开始起作用角度对整机稳定性的影响，为强夯机防后倾的设计计算提供一定参考依据。
研究对象，其外形结构组成见图1所示。由臂架系统、人字架、转台、防后倾和配重组成强夯机的上车系统，由履带行走装置、履带架和车架组成强夯机的下车系统，可实现起升、变幅、回转和行走等动作。其主要性能参数如下。
夯击能级（kNm） 臂架长度（m） 工作仰角（°) 起升高度（m）
4 00019-2570-74≥20
1 刚柔耦合虚拟样机
本文以某型号4 000kNm液压履带式强夯机为
图1 履带强夯机的结构组成
1－履带行走装置；2－转台；3－臂架；4－拉索；5－变幅滑
轮组；6－人字架；7－防后倾
(04)
夯锤重量（t） 接地比压（MPa）
20
2 强夯机臂架防后倾仿真分析
2. 1 工况1：不同的臂架防后倾作用角度对强夯工作的影响
该型号强夯机臂架仰角为某一角度时(工作时臂架角度变化范围在60°～76°之间)，防后倾弹簧恰好为自由长度，这个角度也被称为防后倾作用角度。夯锤释放时刻，臂架仰角如果大于该角度，防后倾弹簧被预压缩一定量，将对臂架冲击防后倾的时间产生一定影响。工况1具体参数见表1。
表1 防后倾起作用时臂架仰角参数
防后
工况序号
倾开始作
臂架工作
臂架工作
工况1说明
角度73.5°角度73.5°时防后倾
时防后倾弹簧力(kN)23.8916.54
臂架长度25m，
臂架仰角73.5°，夯锤重量20t，
弹簧刚度系数为122.5
按照作业循环过程中各部件刚度大小以及变形储能多少，将强夯机模型以回转部分为界，划分为刚体部分(包括转台、车架、履带架、配重等)和柔体部分(包括臂架、人字架、变幅绳索等)。
考虑到ADAMS软件建模功能的局限性，利用Pro/Engineer完成刚性体部分建模，利用ANSYS完成臂架、人字架部分的建模以及网格划分，分别导入ADAMS中进行装配，利用ADAMS在各部件体之间添加约束。并在ADAMS/view中利用Bushing单元完善变幅系统和进行弹簧防后倾部分建模，合理设置变幅系统刚度系数和防后倾接触刚度系数等，施加约束和边界条件，建立完整的虚拟样机模型（图2）。
用角度弹簧变形(°)
(mm)195135
工况1-1
工况1-2
6870
本文主要研究此过程中的外管与挡块之间的接触力、防后倾弹簧变形量、臂架仰角、从动轮质心竖直向上方向的位移量的变化幅度以及结合防后倾与转台、臂架相连接的铰耳处应力变化，得出不同工况参数对臂架及整机稳定性的影响。工况仿真结果见表2。
表2 工况1仿真结果
图2 强夯机虚拟样机模型
夯锤突然释放瞬间工况1-1工况1-2工况1-1相对1-2的增量
58.5%
58.6%
-68.2%
53.8%
外管与挡块之间的接触力最大值(kN)28.317.8
防后倾弹簧变形量最大值(mm)230145
臂架仰角变化最大值(°)0.72.2
从动轮质心竖直向上方向的位移量最大值（mm）
21.3
建立虚拟样机过程中，由于省略了起升机构的建模，采用创建施加力的方式作为动力学仿真计算的系统的外载荷。本文把外载荷简化为3部分，分别施加在起升滑轮轴中心点处（设为加载点A)、导向滑轮轴中心点处（设为加载点B）和转台上的起升卷扬位置处（设为加载点C），如图2所示。
在ADAMS中利用增量式STEP函数叠加使用，对4 000kNm履带式强夯机的虚拟样机添加载荷，重力加速度在仿真环境中自动添加，设置仿真时间t 为50s，仿真1 000步，吊重在20s内逐步加载，在30s时突然卸载，突然卸载时间为0.2s。
与防后倾在臂架仰角为70°开始作用工况进行比较，防后倾在臂架仰角68°开始作用时，防后倾对臂架的防倾翻作用力增大58.5%，防后倾弹簧变形量增大58.6%，同时臂架的俯仰角度减小近68.2%，从动轮（见图2）质心竖直向上方向
建筑机械化 2012(04)
51
的位移变化量增大53.8%。
防后倾尽早的起作用可以在突然卸载工况，有效减小臂架俯仰角度，增加整机稳定性，但是其负面影响是增加了起臂工况时，克服防后倾弹簧反作用力做功，同时正常作业时，臂架始终承受防后倾杆较大的反弹力作用，对防后倾部件以及相应连接铰耳处的疲劳强度要求也大大增大。2. 2 工况2：不同的起重臂臂长对强夯作业的影响
为了研究不同臂长对强夯作业的影响，选取强夯作业中3种臂长进行仿真。工况2具体参数见表3。
表3 起重臂臂长参数
工况序号工况2-1工况2-2工况2-3
主臂长
臂架
工况2说明
不同臂长对应的臂架工作角度均接近73.5°，臂架防后倾在臂
2225
78
架仰角70°时发挥作用，夯锤重量20t，提升高度15m，防后倾弹簧刚度系数为122.5
作业中臂架自身储能也随之增加，夯锤突然释放后，这些储存的能量将转化为臂架本身的震动与臂架连同整机的摆动，防后倾受力相应增大，同时防后倾铰点处耳板应力也会增大。2. 3 工况3：不同弹簧刚度系数的影响
在强夯机设计过程中采取增大臂架刚度参数的措施，来减少储能和有效释放储能，为分析不同的弹簧刚度系数对强夯作业的影响以及臂架防后倾弹簧刚度系数如何与之匹配的问题，选同一臂长工况进行仿真，具体参数见表5。
表5 弹簧刚度系数
工况序号工况3-1工况3-2工况3-3工况3-4
弹簧刚度系数
61122.5245490
工况3说明
臂架长度25m，臂架仰角73.5°，提升夯锤重量20t，臂架防后倾均在臂架仰角70°时作用
（m）幅度(m)19
6
监测此过程中的外管与挡块之间的接触力、防后倾弹簧变形量、臂架仰角、从动轮质心竖直向上方向的位移量的变化幅度以及结合防后倾与转台、臂架相连接的铰耳处应力变化，得出不同工况参数对臂架及整机稳定性的影响。工况3仿真结果见表6。
表6 工况3仿真结果
防后
臂架
从动轮质心竖直向上方向的位移量最大值(mm)9.469.711.9612.25
臂架处防后倾上铰点应力变化范围(MPa)4.3-10016.5-107.225-11924-115
转台处防后倾下铰点应力变化范围(MPa)12-9417-10326-11521-112
监测此过程中的外管与挡块之间的接触力、防后倾弹簧变形量、臂架仰角、从动轮质心竖直向上方向的位移量的变化幅度以及结合防后倾与转台、臂架相连接的铰耳处应力变化，得出不同工况参数对臂架及整机稳定性的影响。工况2仿真结果见表4。
表4 工况2仿真结果
防后倾臂架仰弹簧变角变化形差值最大值(mm)52.172.566
(°)1.572.192.12
从动轮质心竖直向上方向的位移量最大值(mm)6.737.479.97
臂架处防转台处防后倾上铰后倾下铰点应力最大值(MPa)77.588103
点应力最大值(MPa)7594.5102
夯锤突然释放瞬间
倾弹簧仰角变形量变化最大值大值(mm)（°）230
2.552.121.691.67
夯锤突然释放瞬间
工况3-1
工况2-1工况2-2工况2-3
工况3-2208.4工况3-3工况3-4
192190
3种臂长中，臂长19m工况强夯性能最佳。突然卸载时，其挡块与外管的接触力最小，弹簧的变形量最小，臂架俯仰角度最小，通过从动轮质心测得的竖直向上方向的位移量最小，防后倾与臂架及转台连接处应力最小，即臂架长度小，整机稳定性好。臂架长度增加，其柔度增加，强夯
由仿真结果可知，弹簧刚度系数为61时，突然释放夯锤过程中，弹簧变形量为230mm(140+90)（设定的弹簧压缩极限值为280mm），臂架俯仰角度较大，且防后倾与臂架、转台相连的铰耳处应力变化幅度大。当臂架振动后倾仰角过大时，一旦臂架防后倾弹簧刚度
(04)
不足，防后倾作用时间延长，防倾翻能力不足，可能导致臂架后翻。随着弹簧刚度增大，挡块与外管之间的接触力增大，但弹簧的变形量、臂架自身仰角变化明显减小，整机的摆动有所增加，且防后倾与臂架、转台连接铰耳处的应力值增大。当刚度系数达到490时，各参数曲线与弹簧刚度为245时基本吻合。
为了进一步研究该机型臂架刚度与臂架防后倾不同弹簧刚度的匹配关系，对工况3仿真结果数据进行曲线拟合，得出图3。
机稳定性好，该机型19m臂长工况，突然卸载时整机稳定性最好。
3）如果采取增加臂架刚度的方式减少臂架系统储能，同时应匹配相应的防后倾弹簧刚度或改进防后倾结构。本机型采用弹簧刚度系数设定范围[122.5，245]是臂架刚度与防后倾弹簧刚度匹配的理想值域。
仿真分析的结果使得设计者可以预测整机稳定性能，优化防后倾部件结构，而且可以为其他机型强夯机防后倾部件设计提供一定的参考依据。
[参考文献]
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2005/2007虚拟样机技术[M]．北京：化学工业出版社，2010．
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大连：大连理工大学，2005．
[3] 王锡良，水伟厚，吴延炜．强夯机的发展与应用现
图3 臂架防后倾不同弹簧刚度趋势图
状[J]．工程机械，2004，(06)：31-35．
[4] 杜汉平．基于刚柔耦合履带起重机虚拟样机技术研
究[D]．大连：大连理工大学，2006．
[5] 谢高兰．基于虚拟样机技术的强夯机动态性能研究
[D]．大连：大连理工大学，2011．
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[7] 郑夕健，张 璇，费 烨．基于ADAMS的汽车起
重机整机稳定性分析[J]．机电产品开发与创新，2009，(02):89-91．
从图3中可以看出，对应该机型的臂架刚度，臂架防后倾弹簧刚度系数小于122.5时，各曲线斜率较大，说明臂架防后倾防倾翻能力不够，弹簧刚度还需进一步增大；而大于245之后，各参数曲线逐渐趋于平缓，继续增大弹簧刚度对于增强其防倾翻能力意义不大。由此可知，弹簧刚度系数设定范围[122.5，245]是臂架刚度与防后倾弹簧刚度匹配的理想值域。
3 结 论
为了研究不同的臂架长度、防后倾弹簧参数以及防后倾开始作用角度对臂架防后倾以及整机性能的影响规律，本文通过建立刚柔耦合模型，对臂架防后倾进行以上工况的动力学仿真，通过分析可以得出以下结论。
1）设计强夯机防后倾装置时，应综合考虑防后倾起作用角度和防后倾部件设计性价比的因素，如果使其尽早开始作用，则同时应对防后倾自身以及相应连接部件进行结构优化，同时对相应焊缝工艺进行严格控制，增加其抗疲劳特性。
2）在满足强夯能级的前提下，臂长短，其整
[8] 陈立平，张云清，任卫群,等．机械系统动力学分
析及ADAMS应用教程[M]．北京：清华大学出版社，2005．
[9] Geradin，G．Rober，C．Bernardin：Dynamic
Modelling of Manipnlators With Flexible Members，Advanced in Robotics，1984，27-39.[10] 程 军．基于虚拟样机的大型环轨式履带起重机
研究分析[D]．上海：华东理工大学，2005．
(编辑 贾泽辉）
［中图分类号］TU662［文献标识码］B
［文章编号］1001-1366(2012)04-0050-04［收稿日期］2011-12-13
建筑机械化 2012(04)
53
09 Based on the statistical data in 2012 from CCMA, China's major engineering machinery
enterprises sale income up to RMB 380 billion, has a growth of 32.4 percent yearonyear. The national engineering machinery import and export trade 24.955 billions dollars, has a growth of 33.2 percent yearonyear, import trade 9.045 billions dollars and grow 7.69 percent, export trade 15.909 billion dollars and grow 53.8 percent, beyond the 13.4 billion dollars in 2008, the highest record, trade surplus 6.864 billion dollars and grow 4.922 billion dollars. Analysis of macro situation and the domestic and international markets, China construction machinery industry market-heat will from low to high, has a steady growth of 12 percent in 2012.
50 The research on anti-overturn of dynamic compactor arm stand
Pertaining to a dynamic compaction machine which is carried out by a crawler crane with moderate or small tonnage, virtual prototype technology is made use of to investigate a rigid-fl exible coupling model. When the rammer is released suddenly, the dynamic property of the anti-back-tipping is researched.The rule how the different boom length, the variety of spring parameters and the different acting angles of the anti-back-tipping affect dynamic performance of the crawler tracked compactor is summarized, it provides some reference in the process of the design of anti-back-tipping.
70 Design and study on the test platform for improving soil condition
The range of earth pressure balance shield in soil is relatively narrow, so we need to adopt the technology of improving soil nature, in order to expand the range of application. Foams as a good soil conditioning agent are widely used in EPBS. Whereas, because the performance study of the foams is at the beginning stage and the experience of using foams as soil conditioning agents is scarce, there is large waste of foams in the EPBS tunneling in our country. In this article, a test platform for improving soil condition has been built. According to the study, we can draw a conclusion about the infl uence of adding amount, concentration and foaming rate to the improvement effect. What's more, the author proceed a detailed description about the function structure and composition structure of the test platform.
76 Technology of inner tunnel boring machine tail brush replacement
As far as tunnel boring machine construction works are concerned there is a high risk in changing the tail brush. It is worthy of serious analyses and research. An introduction for the technology of inner tunnel shield tail brush inspection and replacement and a summary on key technology of inner tunnel shield tail brush replacement is given in this paper, with the hope of giving reference to the similar engineering.
4 2012(04) CONSTRUCTION MECHANIZATION
强夯机臂架防后倾研究
The research on anti-overturn of dynamic compactor arm stand
王 欣1，姚 敏1，曹旭阳1，白朝阳2，周 波3，徐金帅2
WANG Xin, YAO Min, CAO Xu-yang, BAI Zhao-yang, ZHOU Bo, XU Jin-shuai
（1.大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116024；2.大连益利亚工程机械有限公司，辽宁 大连 116024；
3.徐工集团工程机械股份有限公司 建设机械分公司，江苏 徐州 221004）
目前国内强夯机市场的形成尚不完善，没有统一的市场准入制度，因此国内现存的强夯机主要有两类：一类是专用强夯机，可进行连续强夯，作业效率较高；另一类以中小型（150～800kN）履带起重机作为改造对象，通过增加辅助装置来实现8 000kNm以下能级的强夯作业，经济性好，但大都采用自动脱钩装置释放夯锤，工作效率偏低。本文主要针对以履带起重机为基础改造的强夯机进行研究。此类强夯机在提升夯锤的过程中，由于臂架变形以及柔性变幅系统变形储能，在突然释放夯锤的瞬间静力平衡被打破，出现了臂架大幅度反弹以及振动等动态响应，因此在设计时，采用了增加臂架刚度、改进防后倾装置的方法，来减少变形储能和有效释放变形储能[3]。
本文通过P r o /E n g i n e e r 、A N S Y S 以及ADAMS建立刚柔耦合模型，对臂架防后倾进行动力学仿真，并得出防后倾弹簧刚度系数的优化值域、最佳工作臂长以及防后倾开始起作用角度对整机稳定性的影响，为强夯机防后倾的设计计算提供一定参考依据。
研究对象，其外形结构组成见图1所示。由臂架系统、人字架、转台、防后倾和配重组成强夯机的上车系统，由履带行走装置、履带架和车架组成强夯机的下车系统，可实现起升、变幅、回转和行走等动作。其主要性能参数如下。
夯击能级（kNm） 臂架长度（m） 工作仰角（°) 起升高度（m）
4 00019-2570-74≥20
1 刚柔耦合虚拟样机
本文以某型号4 000kNm液压履带式强夯机为
图1 履带强夯机的结构组成
1－履带行走装置；2－转台；3－臂架；4－拉索；5－变幅滑
轮组；6－人字架；7－防后倾
(04)
夯锤重量（t） 接地比压（MPa）
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2 强夯机臂架防后倾仿真分析
2. 1 工况1：不同的臂架防后倾作用角度对强夯工作的影响
该型号强夯机臂架仰角为某一角度时(工作时臂架角度变化范围在60°～76°之间)，防后倾弹簧恰好为自由长度，这个角度也被称为防后倾作用角度。夯锤释放时刻，臂架仰角如果大于该角度，防后倾弹簧被预压缩一定量，将对臂架冲击防后倾的时间产生一定影响。工况1具体参数见表1。
表1 防后倾起作用时臂架仰角参数
防后
工况序号
倾开始作
臂架工作
臂架工作
工况1说明
角度73.5°角度73.5°时防后倾
时防后倾弹簧力(kN)23.8916.54
臂架长度25m，
臂架仰角73.5°，夯锤重量20t，
弹簧刚度系数为122.5
按照作业循环过程中各部件刚度大小以及变形储能多少，将强夯机模型以回转部分为界，划分为刚体部分(包括转台、车架、履带架、配重等)和柔体部分(包括臂架、人字架、变幅绳索等)。
考虑到ADAMS软件建模功能的局限性，利用Pro/Engineer完成刚性体部分建模，利用ANSYS完成臂架、人字架部分的建模以及网格划分，分别导入ADAMS中进行装配，利用ADAMS在各部件体之间添加约束。并在ADAMS/view中利用Bushing单元完善变幅系统和进行弹簧防后倾部分建模，合理设置变幅系统刚度系数和防后倾接触刚度系数等，施加约束和边界条件，建立完整的虚拟样机模型（图2）。
用角度弹簧变形(°)
(mm)195135
工况1-1
工况1-2
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本文主要研究此过程中的外管与挡块之间的接触力、防后倾弹簧变形量、臂架仰角、从动轮质心竖直向上方向的位移量的变化幅度以及结合防后倾与转台、臂架相连接的铰耳处应力变化，得出不同工况参数对臂架及整机稳定性的影响。工况仿真结果见表2。
表2 工况1仿真结果
图2 强夯机虚拟样机模型
夯锤突然释放瞬间工况1-1工况1-2工况1-1相对1-2的增量
58.5%
58.6%
-68.2%
53.8%
外管与挡块之间的接触力最大值(kN)28.317.8
防后倾弹簧变形量最大值(mm)230145
臂架仰角变化最大值(°)0.72.2
从动轮质心竖直向上方向的位移量最大值（mm）
21.3
建立虚拟样机过程中，由于省略了起升机构的建模，采用创建施加力的方式作为动力学仿真计算的系统的外载荷。本文把外载荷简化为3部分，分别施加在起升滑轮轴中心点处（设为加载点A)、导向滑轮轴中心点处（设为加载点B）和转台上的起升卷扬位置处（设为加载点C），如图2所示。
在ADAMS中利用增量式STEP函数叠加使用，对4 000kNm履带式强夯机的虚拟样机添加载荷，重力加速度在仿真环境中自动添加，设置仿真时间t 为50s，仿真1 000步，吊重在20s内逐步加载，在30s时突然卸载，突然卸载时间为0.2s。
与防后倾在臂架仰角为70°开始作用工况进行比较，防后倾在臂架仰角68°开始作用时，防后倾对臂架的防倾翻作用力增大58.5%，防后倾弹簧变形量增大58.6%，同时臂架的俯仰角度减小近68.2%，从动轮（见图2）质心竖直向上方向
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的位移变化量增大53.8%。
防后倾尽早的起作用可以在突然卸载工况，有效减小臂架俯仰角度，增加整机稳定性，但是其负面影响是增加了起臂工况时，克服防后倾弹簧反作用力做功，同时正常作业时，臂架始终承受防后倾杆较大的反弹力作用，对防后倾部件以及相应连接铰耳处的疲劳强度要求也大大增大。2. 2 工况2：不同的起重臂臂长对强夯作业的影响
为了研究不同臂长对强夯作业的影响，选取强夯作业中3种臂长进行仿真。工况2具体参数见表3。
表3 起重臂臂长参数
工况序号工况2-1工况2-2工况2-3
主臂长
臂架
工况2说明
不同臂长对应的臂架工作角度均接近73.5°，臂架防后倾在臂
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架仰角70°时发挥作用，夯锤重量20t，提升高度15m，防后倾弹簧刚度系数为122.5
作业中臂架自身储能也随之增加，夯锤突然释放后，这些储存的能量将转化为臂架本身的震动与臂架连同整机的摆动，防后倾受力相应增大，同时防后倾铰点处耳板应力也会增大。2. 3 工况3：不同弹簧刚度系数的影响
在强夯机设计过程中采取增大臂架刚度参数的措施，来减少储能和有效释放储能，为分析不同的弹簧刚度系数对强夯作业的影响以及臂架防后倾弹簧刚度系数如何与之匹配的问题，选同一臂长工况进行仿真，具体参数见表5。
表5 弹簧刚度系数
工况序号工况3-1工况3-2工况3-3工况3-4
弹簧刚度系数
61122.5245490
工况3说明
臂架长度25m，臂架仰角73.5°，提升夯锤重量20t，臂架防后倾均在臂架仰角70°时作用
（m）幅度(m)19
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监测此过程中的外管与挡块之间的接触力、防后倾弹簧变形量、臂架仰角、从动轮质心竖直向上方向的位移量的变化幅度以及结合防后倾与转台、臂架相连接的铰耳处应力变化，得出不同工况参数对臂架及整机稳定性的影响。工况3仿真结果见表6。
表6 工况3仿真结果
防后
臂架
从动轮质心竖直向上方向的位移量最大值(mm)9.469.711.9612.25
臂架处防后倾上铰点应力变化范围(MPa)4.3-10016.5-107.225-11924-115
转台处防后倾下铰点应力变化范围(MPa)12-9417-10326-11521-112
监测此过程中的外管与挡块之间的接触力、防后倾弹簧变形量、臂架仰角、从动轮质心竖直向上方向的位移量的变化幅度以及结合防后倾与转台、臂架相连接的铰耳处应力变化，得出不同工况参数对臂架及整机稳定性的影响。工况2仿真结果见表4。
表4 工况2仿真结果
防后倾臂架仰弹簧变角变化形差值最大值(mm)52.172.566
(°)1.572.192.12
从动轮质心竖直向上方向的位移量最大值(mm)6.737.479.97
臂架处防转台处防后倾上铰后倾下铰点应力最大值(MPa)77.588103
点应力最大值(MPa)7594.5102
夯锤突然释放瞬间
倾弹簧仰角变形量变化最大值大值(mm)（°）230
2.552.121.691.67
夯锤突然释放瞬间
工况3-1
工况2-1工况2-2工况2-3
工况3-2208.4工况3-3工况3-4
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3种臂长中，臂长19m工况强夯性能最佳。突然卸载时，其挡块与外管的接触力最小，弹簧的变形量最小，臂架俯仰角度最小，通过从动轮质心测得的竖直向上方向的位移量最小，防后倾与臂架及转台连接处应力最小，即臂架长度小，整机稳定性好。臂架长度增加，其柔度增加，强夯
由仿真结果可知，弹簧刚度系数为61时，突然释放夯锤过程中，弹簧变形量为230mm(140+90)（设定的弹簧压缩极限值为280mm），臂架俯仰角度较大，且防后倾与臂架、转台相连的铰耳处应力变化幅度大。当臂架振动后倾仰角过大时，一旦臂架防后倾弹簧刚度
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不足，防后倾作用时间延长，防倾翻能力不足，可能导致臂架后翻。随着弹簧刚度增大，挡块与外管之间的接触力增大，但弹簧的变形量、臂架自身仰角变化明显减小，整机的摆动有所增加，且防后倾与臂架、转台连接铰耳处的应力值增大。当刚度系数达到490时，各参数曲线与弹簧刚度为245时基本吻合。
为了进一步研究该机型臂架刚度与臂架防后倾不同弹簧刚度的匹配关系，对工况3仿真结果数据进行曲线拟合，得出图3。
机稳定性好，该机型19m臂长工况，突然卸载时整机稳定性最好。
3）如果采取增加臂架刚度的方式减少臂架系统储能，同时应匹配相应的防后倾弹簧刚度或改进防后倾结构。本机型采用弹簧刚度系数设定范围[122.5，245]是臂架刚度与防后倾弹簧刚度匹配的理想值域。
仿真分析的结果使得设计者可以预测整机稳定性能，优化防后倾部件结构，而且可以为其他机型强夯机防后倾部件设计提供一定的参考依据。
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从图3中可以看出，对应该机型的臂架刚度，臂架防后倾弹簧刚度系数小于122.5时，各曲线斜率较大，说明臂架防后倾防倾翻能力不够，弹簧刚度还需进一步增大；而大于245之后，各参数曲线逐渐趋于平缓，继续增大弹簧刚度对于增强其防倾翻能力意义不大。由此可知，弹簧刚度系数设定范围[122.5，245]是臂架刚度与防后倾弹簧刚度匹配的理想值域。
3 结 论
为了研究不同的臂架长度、防后倾弹簧参数以及防后倾开始作用角度对臂架防后倾以及整机性能的影响规律，本文通过建立刚柔耦合模型，对臂架防后倾进行以上工况的动力学仿真，通过分析可以得出以下结论。
1）设计强夯机防后倾装置时，应综合考虑防后倾起作用角度和防后倾部件设计性价比的因素，如果使其尽早开始作用，则同时应对防后倾自身以及相应连接部件进行结构优化，同时对相应焊缝工艺进行严格控制，增加其抗疲劳特性。
2）在满足强夯能级的前提下，臂长短，其整
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(编辑 贾泽辉）
［中图分类号］TU662［文献标识码］B
［文章编号］1001-1366(2012)04-0050-04［收稿日期］2011-12-13
建筑机械化 2012(04)
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