剪刀式桥梁展桥机构铰点位置多目标优化设计

韩军¹，朱鹏程¹，张帅²，洪煌杰¹

(1.陆军研究院 5所，江苏无锡 214035； 2.陆军工程大学野战工程学院，江苏南京 210007)

摘要：阐述一种新型剪刀式桥梁展桥机构的工作原理。针对方案样机在架设初始状态时展桥机构驱动油缸小腔受力过大、引起间断液压油溢流问题，利用Denavit-Hatenberg齐次变换矩阵建立展桥机构的运动学和静力学模型。根据展桥机构驱动油缸闭锁力与驱动力不同的特点，提出确定剪刀式桥梁展桥机构关键铰点位置的多目标优化计算方法。对剪刀式桥梁方案样机展桥机构的关键铰点位置进行优化设计，利用机械系统动力学分析ADAMS软件进一步验证了优化计算模型。研究结果表明：优化后展桥油缸的最大拉力降幅达59.5%，展桥油缸的受力分布趋于合理；所提出的展桥机构计算模型正确；优化方法具有收敛速度快、稳定性好等特点；展桥机构优化计算结果为方案样机改进提供了依据。

关键词：剪刀式桥梁；展桥机构；铰点位置； Denavit-Hatenberg齐次变换矩阵；多目标优化

0 引言

剪刀式架设是军用桥梁的一种典型架设方式，已在国内外军用桥梁中得到广泛应用。剪刀式架设的军用桥梁有美军JAB联合冲击桥、波兰S-20冲击桥^[1]、英军BR90桥梁族的近距离支援桥，以及我军某型轮式冲击桥、重型机械化桥^[2]等。传统的展桥机构采用双油缸驱动、单油缸驱动链条展桥或钢丝绳驱动翻转架展桥，三者的共同特点是运输状态展桥机构突出桥节以外，增加了运输长度，不利于装备机动。英军BR90近距离支援桥采用液压机构实现桥梁的展开和撤收，实现了自动展桥功能^[3]。

在展桥机构研究方面，为提高桥梁架设作业的平顺性、架设速度和安全性，文献[4]研究了军用折叠桥梁机构架设轨迹优化及其自动控制问题。文献[5]提出了一种新型救灾用可展拱桥体系，包括可展桥体系、构件、连接、展开方式等；通过建立模型验证了展桥的承载能力和结构性能，该展桥具有构件轻巧、运输方便、施工快捷、承载力大等优点。文献[6-7]介绍了一种新型剪刀式抢险机动桥，该桥采用剪刀式展开机构，在5～10 min内可架设20.8 m长的桥梁结构，桥体质量约为13 t，可以在受自然灾害破坏的地方快速构筑桥梁通道，并通过试验研究了该桥梁在自由和强迫载荷条件下的应变和动态特性。文献[8]研究了剪刀式桥折叠和展开过程中的几何特性、运动特性和结构响应问题，采用灵敏度分析方法评估分析了设计参数对剪刀桥的结构应力、变形和质量参数的影响。文献[9]研究了一种基于铝合金桁桥架的模块化拱桥结构。文献[10]研究了一种采用剪式铰和套筒可展机构实现轴向展开的轻型展桥机构。

展桥机构是实现剪刀式桥梁架设的关键部件，由于展桥机构要求内置于桥节中，无论桥梁在折叠状态还是在展开状态下，均要求展桥机构不露出桥面，因此其外形结构要求紧凑，同时展桥机构采用油缸驱动，驱动油缸既要满足折叠和展桥状态要求即实现180°回转，又要满足一定的驱动力臂要求。另外，展桥机构是一个较复杂的单自由度多连杆机构，展桥过程是一种机构复合运动，机构的受力状态复杂。在展桥机构中，其铰点位置涉及展桥机构功能实现、驱动油缸选取及桥梁结构强度设计等因素，设计时仅凭经验和机构仿真分析软件，难以实现展桥机构铰点位置的最优设计。

新型展桥机构在某型剪刀式桥梁上得到了应用，在方案样机试验过程中发现在桥梁架设的初始状态，出现展桥机构驱动油缸的小腔由于压力过大引起间断液压油溢流现象，为此需要开展展桥机构的优化设计工作。

本文介绍一种新型内置式军用剪刀桥梁展桥机构^[11]，其工作原理为，采用一个液压油缸驱动转架机构，实现桥节的折叠与展开，该机构具有结构简单、紧凑，方便部队机动等优点。利用Denavit-Hatenberg齐次变换矩阵^[12]建立了展桥机构的运动学、静力学和关键铰点的多目标优化模型；结合工程实例对剪刀式桥梁展桥机构的关键铰点进行了优化设计，并用ADAMS软件对优化计算模型进行了验证。

1 剪刀式桥梁工作原理与建模

1 .1 工作原理

剪刀式桥梁由2个桥节组成，双剪刀式桥梁由3个桥节组成，每两个桥节通过展桥机构驱动，采用剪刀式作业原理，即架设时先展开我岸两个桥节、再展开对岸桥节，从而形成两次剪刀式展桥过程、完成架设作业。双剪刀式桥梁展桥主要步骤(见图1)如下：

步骤1 运载车辆达到架桥点后，翻转架油缸、顶起翻转架，使桥跨置于垂直状态；伸出支腿油缸，使础板着地(见图1(a))。

步骤2 通过驱动舌形臂油缸和展桥油缸调整桥节角度，依次展开各桥节，直至桥跨完全展开(见图1(b)、图1(c))。

步骤3 继续伸舌形臂油缸，使舌形臂向右旋转，直至桥跨端部与对岸着地(见图1(d))。

图1 双剪刀式桥梁展桥主要步骤
Fig.1 Main deployment steps of double scissors-type bridge

1 .2 展桥机构运动学建模

推动行政机关堵塞漏洞。通过公益诉讼案件办理，主动加强与行政机关的沟通联系，使行政执法部门充分理解检察机关提起公益诉讼对于推动问题解决、促进依法行政、建设法治政府的重要意义和作用，严格依照法律规定的权限和程序，全面、正确、及时地履行监管职责。对于检察机关在公益诉讼中发现的普遍性行政违法问题，注重源头治理，建立健全长效工作机制，完善行政执法工作规程。

图2 剪刀式桥梁展桥机构
Fig.2 Deployment mechanism of a scissors-type bridge

下面建立展桥机构的运动学模型。以翻转架与副车架的连接铰点O 为坐标原点，建立基{w }坐标系Oxy ，在该坐标系中A 点为翻转架上舌形臂油缸支座；以第1桥节与翻转架铰接点O ₁为坐标原点，建立基{w ₁}坐标系O ₁x ₁y ₁，其中规定当第1桥节垂直地面时为初始状态，此时y ₁轴方向竖直向上，在该坐标系中，B 点为舌形臂油缸的另一端支座，C 点为连杆EC 铰接点；以第1桥节与第2桥节铰点O ₂为坐标原点，建立基{w ₂}坐标系O ₂x ₂y ₂，其中规定x ₂轴方向在初始状态时与x ₁轴方向一致，在该坐标系中，D 点为展桥油缸铰点；以第2桥节与展桥机构铰点O ₃为坐标原点，建立基{w ₃}坐标系O ₃x ₃y ₃，其中规定x ₃方向与转架O ₃E 方向一致，在该坐标系中，铰点E 为展桥机构与连杆的连接点，铰接点F 为展桥机构与展桥油缸的连接点。点G ₁、G ₂、G ₃和G ₄分别为第1桥节、第2桥节、展桥机构和展桥油缸的质心。各个坐标轴方向如图2所示。

设θ ₁为{w ₁}坐标系相对于{w }坐标系的旋转角度，^w O _1x 、^w O _1y 为O ₁点在{w }坐标系下的坐标；θ ₂为{w ₂}坐标系相对于{w ₁}坐标系的旋转角度，^w₁ O _2x 、^w₁ O _2y 为O ₂点在{w ₁}坐标系下的坐标；θ ₃为{w ₃}坐标系相对于{w ₂}坐标系的旋转角度，^w₂ O _3x 、^w₂ O _3y 为O ₃点在{w ₂}坐标系下的坐标。利用Denavit和Hartenberg齐次变换^[12]，可建立两节剪刀式桥梁的各个机构之间的姿态转换矩阵为

(1)

(2)

(3)

式中：为{w ₁}坐标系相对{w }坐标系的变换矩阵；为{w ₂}坐标系相对{w ₁}坐标系的变换矩阵；为{w ₃}坐标系相对{w ₂}坐标系的变换矩阵。

用向量表示C 点在基{w ₁}下的坐标向量，其中x _C 、y _C 表示C 点在基{w ₁}下的坐标，同理可得到坐标向量^w₂ D 、^w₃ E 、^w₃ F 和^w₂ O ₃. 从而利用(1)式～(3)式的变换矩阵，可以得到展桥机构铰点、桥节铰点及其重心位置在基{w }坐标系下的坐标。有关展桥机构的C 、D 、E 、F 、O ₃和G ₃在坐标系{w }的坐标向量可表示为

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

采用类似方法，可得到其他铰点和重心在坐标系{w }的坐标向量，从而可进一步确定剪刀式桥梁展桥过程中任意姿态下桥节与展桥机构各个铰点的运动坐标、相互位置关系；相应地，可得到剪刀式桥梁的运动学模型。

选取2017年1月~2017年12月在我院行健康体检的60例体检者血液样本进行研究,所有患者身体检测均未见糖尿病、心肌疾病、肝肾功能不全,未有使溶血加快或引起溶血的疾病,均签署知情同意书。60例患者中男性33例,女性27例,年龄范围为(22~58)岁,平均年龄为(36.2±1.5)岁。

1 .3 展桥机构静力学模型

将展桥机构优化后变量值代入力学计算模型，θ ₁分别取-35°、-40°和-43°，θ ₂的变化范围为[0°，180°]，可得到优化前和优化后展桥机构驱动油缸推力f ₂的对比情况，分别如图5～图7所示。

由图2，以桥整体结构为研究对象，由铰点O ₁所受力矩平衡得∑M _O₁ =0，有

f ₁·d _O₁AB -m ₁g (x _m₁ -x _O₁ )-m ₂g (x _m₂ -x _O₁ )-

m ₃g (x _m₃ -x _O₁ )-m ₄g (x _m₄ -x _O₁ )=0，

(10)

式中：f ₁为舌形臂油缸驱动力；d _O₁AB 为力臂，表示铰点O ₁到AB 的距离；m ₁、m ₂、m ₃和m ₄分别为第1桥节、第2桥节(含第3桥节)、转架和展桥油缸的质量；x _m₁ 、x _m₂ 、x _m₃ 、x _m₄ 分别为其质心在{w }坐标系下的x 轴坐标；x _O₁ 为铰点O ₁在{w }坐标系下的x 轴坐标。

由水平方向的受力平衡得∑X =0，有

f _O₁x -f ₁cosα ₁=0，

(11)

式中：f _O₁x 为支座铰点O ₁所受到的水平分力；α ₁为舌形臂油缸的水平夹角。

由竖直方向的受力平衡得∑Y =0，有

f _O₁y -f ₁sinα ₁-(m ₁+m ₂+m ₃+m ₄)g =0，

(12)

约束条件是：展桥驱动油缸的工作行程满足最大行程和最小行程的比例范围要求；三角转架O ₃EF 不翻转及满足三角形的边长条件；展桥机构折叠和展开时，关键铰点不露出桥面等；铰点在空间布置上，满足最低的安装和布置条件等。

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图3中f _O₂x 、f _O₂y 分别表示铰点O ₂所受到的水平分力和垂直分力。图4中f _O₃x 、f _O₃y 分别表示铰点O ₃所受到的水平分力和垂直分力。

图3 第1桥节受力简图
Fig.3 Force diagram of the first bridge bay

图4 转架受力简图
Fig.4 Force diagram of rotating frame

以第1桥节为研究对象(见图3)，由铰点O ₂所受力矩平衡得∑M _O₂ =0，有

图2所示为剪刀式桥梁结构示意图，主要由翻转架、第1桥节、第2桥节(含第3桥节)和展桥机构组成。图中A 、B 、C 、D 、E 、F 、O 、O ₁、O ₂、O ₃表示铰点，翻转架通过铰点O ₁与第1桥节连接，由舌形臂油缸AB 驱动第1桥节运动；第1、2桥节通过铰点O ₂连接，其内部安装有展桥机构，可以实现两个桥节的运动。展桥机构由转架O ₃EF 、连杆EC 和展桥油缸FD 组成，其中转架O ₃EF 通过铰点O ₃与第2桥节连接，通过连杆EC 与第1桥节连接，展桥油缸FD 的D 点位于第2桥节上。工作时，展桥油缸驱动转架旋转，通过连杆带动第1桥节旋转(实际是第1桥节静止、第2桥节运动)。展桥机构需要实现第1桥节与第2桥节的折叠和展开功能，且展桥机构需要在运输和展开状态下内置于桥体中，便于桥梁的运输和工作。

-f _O₁y (x _O₂ -x _O₁ )+f _O₁x (y _O₂ -y _O₁ )-
f ₁d _O₂AB +m ₁g (x _O₂ -x _m₁ )-f _EC ·d _O₂EC =0，

(13)

1.1.2 供试肥料牛膜王（处理A）（N∶P∶K=20∶7∶13，总养分≥40%），楚雄威鑫农业科技有限公司生产；偷着乐（处理 B）（N∶P∶K=16∶8∶20，总养分≥44%），中国农业生产资料成都公司经销；洋丰牌（处理 C）（N∶P∶K=14∶16∶15，总养分≥45%），湖北新洋丰肥业有限公司生产；天脊硝酸磷钾肥（处理 D）（N∶P∶K=22∶9∶9，总养分≥40%），天脊煤化工集团有限公司生产；嘉施利（处理E）（N∶P∶K=15∶5∶20，总养分≥40%），嘉施利眉山化肥有限公司生产。

以转架为研究对象(见图4)，由铰点O ₃所受力矩平衡得∑M _O₃ =0，有

针对土地租赁建造房屋的情况，需要基于实际情况进行针对性管理，保证土地使用权、土地出租房以及土地规划一致。在土地租赁的情况下，需要土地使用权人、出租房、土地管理部门三方同意后，登记部门才能正式办理登记业务[3]。

-f ₂·d _O₃FD +m ₃g (x _O₃ -x _m₃ )+
f _EC ·d _O₃EC =0，

(14)

式中：f ₂为展桥油缸驱动力；d _O₃FD 为力臂，表示铰点O ₃到FD 的距离；x _O₃ 为铰点O ₃在{w }坐标系下的x 轴坐标；d _O₃EC 为力臂，表示铰点O ₃到EC 的距离。

PLA2G6基因突变所致帕金森病的临床特征（附1例报告） … ……………… 万志荣，王含，苏东宁，等 301

综上所述，利用(1)式～(14)式就可以计算得到任意姿态下，舌形臂油缸、展桥油缸的驱动力臂d _O₁AB 、d _O₃FD 及其驱动力f ₁和f ₂.

2 展桥机构及其驱动油缸铰点优化分析

在剪刀式桥梁中，展桥机构转架O ₃EF 的形状、连杆CE 中E 铰点的位置和展桥驱动油缸FD 中D 铰点的位置，对展桥机构的功能实现及其展桥驱动油缸的受力状态起着决定性影响。下面对其影响因素和制约条件进行分析。

首先，展桥机构需要满足第1桥节和第2桥节展开成一字形和折叠的要求，实现架桥和折叠运输的功能。其次，转架O ₃EF 在剪刀式桥梁展开和折叠状态下满足不露出桥面条件。再次，展桥驱动油缸应满足最大伸长长度和最小安装尺寸比例范围要求。最后，各种展桥姿态下，展桥驱动油缸的最大驱动力(或压力)最小化，以满足展桥驱动机构的小型化和降低液压系统工作压力的要求。

为此，对连杆铰点C 、驱动油缸的铰点D 和展桥转架O ₃EF 各铰点的位置进行优化设计。设各个铰点的坐标为优化设计变量，分别为C (x ₁，y ₁)、D (x ₂，y ₂)、E (x ₃，y ₃)、F (x ₄，y ₄)，其中铰点C 为基{w ₁}下的坐标，铰点D 为基{w ₂}下的坐标，铰点E 和F 为基{w ₃}下的坐标。

式中：L _EC (x ₁,y ₁,…,x ₄,y ₄)为θ ₂=0和θ ₃=0条件下连杆CE 的初始长度；S _CE (x ₁,y ₁,…,x ₄,y ₄,θ ₂,θ ₃)为转桥机构不同位置时连杆CE 的长度。(15)式为

方法一：在冬春季挖山松土后，竹林内隔3～5 m纵横开育笋带，深度为30～50 cm，宽度约50 cm，清除沟内老、病、弱鞭及石块，埋入有机肥如厩肥、稻草、杂草或林下剩余物，粉碎发酵后覆土。夏秋季就可以拨开沟内有机物，采收鞭笋。鞭笋采收后复原，并视鞭笋情况，适时追加少量配方肥。若遇干旱，可以在沟内浇水灌溉，加速鞭笋萌发，提高鞭笋产量。

式中：[x _O₂ ，y _O₂ ]、[x _O₁ ，y _O₁ ]分别为铰点O ₂、O ₁在{w }坐标系下的坐标；d _O₂AB 为力臂，表示铰点O ₂到AB 的距离；d _O₂EC 为力臂，表示铰点O ₂到EC 的距离。

1) 已知第2桥节转角θ ₂，求解转架的旋转角度θ ₃.

由于展桥机构为一个单自由度系统，根据展桥机构的运动学模型，以第2桥节转角θ ₂为中间变量，利用转桥机构中连杆CE 在任意状态下长度相等的约束条件，即

L _CE (x ₁,y ₂,…,x ₄,y ₄)-
S _CE (x ₁,y ₁,…,x ₄,y ₄,θ ₂,θ ₃)=0，

(15)

为了得到优化变量值，分两步进行求解。

一个非线性方程，给定θ ₂值后，可利用优化算法求解该方程得到θ ₃值。

2) 利用多目标优化模型，对优化变量进行求解。

优化目标是：第1桥节在倾角θ ₁=-40°(经验值，通常θ ₁∈[-43°,-35°])时，第2桥节转角θ ₂∈[0°，180°]范围内，展桥驱动油缸的驱动力f ₂(1)和闭锁力f ₂(2)最大值最小化，并满足展桥机构液压驱动油缸的选型条件，即

minf (x ₁,y ₁,…,x ₄,y ₄)=
c (1)|f ₂(1)|+c (2)|f ₂(2)|，

(16)

式中：优化变量x ₁，y ₁，…，x ₄，y ₄的边界条件为满足桥梁的空间布置条件，c (1)和c (2)为权重系数，有权重系数依据展桥油缸最大驱动力和最大闭锁力比例系数确定。

式中：f _O₁y 为支座铰点O ₁所受到的垂直分力。

流水段管理可将整个工程按照施工工艺或工序要求划分为一个可管理的工作层面，合理划分进度计划、资源供给、施工流水等。BIM技术可提高施工组织协调的有效性，实现合理的施工流水划分，为各专业施工方建立良好的工作面协调管理而提供支持和依据。

针对上述选取的优化变量，确定的约束条件以及优化目标，采用信赖域法^[13]对(16)式优化模型进行求解。

强大的师资力量是保证高校课程教学效果的前提，对于ESP课程来说尤其如此。双师型英语教师，是指既具备较强的英语语言知识，又熟悉掌握高职其他专业知识的教师。双师型英语教师，绝大部分具有一定的实践经验，能够更好地将任务教学法用于教学，按照“英语教学与专业教学有机联系起来”的要求，高效开展ESP课程。我国高职院校的现状是单纯英语专业教师占比过高，对其他专业的了解和掌握程度不足，而双师型英语教师占比较低，相对比较缺乏。因此，高职院校必须大力打造高职双师型英语教师队伍。

3 方案样机优化计算及验证分析

3 .1 方案样机优化

某方案样机已知优化变量值(经验值)如表1所示。

表1 某方案样机已知变量值

Tab.1 Known variables of an engineering prototype m

另外，已知第1桥节质量为500 kg，第2、3桥节质量为1 360 kg，转架质量为35 kg，展桥油缸质量为45 kg，质心位置如图1所示。

利用展桥机构的多目标优化计算模型，以θ ₁=-40°最常用的状态为优化工况，依据展桥驱动油缸初步选型情况(最大闭锁压力为17 t，最大推力为26 t)，确定多目标的权重系数为0.395 3和0.604 9，可得到变量的优化值如表2所示。

综上所述，血清IL-6、IL-8、IL-10及TNF-α与乳腺癌的发生发展密切相关，其对乳腺癌的早期诊断及预后评估有一定的意义。

表2 某方案样机优化后变量值

Tab.2 Optimized variables of an engineering prototype m

由于架桥过程中的速度较低，在展桥过程某一状态下，桥梁机构中的受力按静力学模型处理。下面利用展桥机构的力和力矩平衡条件，对其进行求解。

图5θ ₁=-35°时优化前后展桥油缸推力变化情况
Fig.5 Comparison of empirical value and optimized data for driving force of deployment cylinder for θ ₁=-35°

图6θ ₁=-40°时优化前后展桥油缸推力变化情况
Fig.6 Comparison of empirical value and optimized data for driving force of deployment cylinder for θ ₁=-40°

图7θ ₁=-43°时优化前后展桥油缸推力变化情况
Fig.7 Comparison of empirical value and optimized data for driving force of deployment cylinder for θ ₁=-43°

由图5可以看出，总体上，随着第2桥节的展开，展桥油缸压力变化由受拉状态变化为0，然后逐渐变为受压状态，展桥油缸受力与实际的状况吻合。优化前，θ ₂=0°时f ₂对应的最大拉力值-2.494 3×10⁵N，θ ₂=75.6°时f ₂对应的最大推力值1.915 0×10⁵N，液压油缸的理想受力情况下，最大推力值(大腔作用)应大于最大拉力值(小腔作用)，而此时实际受力却相反。同时也可从图6、图7看出，展桥机构驱动油缸的实际最大拉力值均大于最大推力值，展桥油缸受力状态不合理，表明展桥机构铰点设计不科学。

优化前模型所反映出的θ ₂=0°时展桥油缸所受拉力过大的问题，与方案样机试验过程中，在桥梁架设的初始状态，展桥机构驱动油缸的小腔由于压力过大引起间断液压油溢流现象相吻合，特别是在初始状态θ ₂=0°时，θ ₁值越小(-43°)，液压油缸所受拉力f ₂越大，过载情况越严重。

根据图5～图7的经验值和优化后曲线数据，可得到展桥油缸最大拉力和最大推力值的情况比较如表3所示。

表3 优化前后展桥油缸受力情况比较

Tab.3 Comparison of cylinder stresses before and after optimization

从表3中可以看出，优化后展桥油缸的最大受力状态均有明显改善，如在θ ₁=-35°时，最大拉力由-2.494 3×10⁵ N减小到-1.009 8×10⁵ N，降低59.5%，最大推力由1.918 8×10⁵ N减小到1.860 0×10⁵ N. 整体上，优化后展桥油缸的最大推力与最大拉力(闭锁力)得到了明显改善，如θ ₁=-35°时，最大推力约为最大拉力1.84倍的关系，与多目标优化的权重值基本一致，表明展桥油缸的受力合理，便于展桥油缸的选型，展桥机构铰点优化值满足设计要求。另外，不同于优化前，优化后θ ₁越大(-35°)，展桥驱动油缸受力状况越好；θ ₁越小(-43°)，展桥驱动油缸受力状况越差，与实际展桥油缸的受力状态相一致。

铰点优化后，展桥时四连杆机构CEO ₂O ₃中连杆O ₂O ₃转角β 、第2桥节转角θ ₂和转架O ₃EF 转角θ ₃的变化情况如图8所示。从图8中可以看出，第2桥节转动180°时，β 的变化范围为[-90.229 5°,89.775 0°]，θ ₃的变化范围为[-22.654 2°,80.961 9°]，转架呈顺时针转动，变化曲线均略呈线性变化，机构转动状态连续平稳。

图8 展桥过程中θ ₂、β 和θ ₃的变化情况
Fig.8 Changing conditions of θ ₂，β andθ ₃ during deployment

3 .2 ADAMS 验证分析

利用机械系统动力学分析ADAMS软件^[14-15]建立剪刀桥的运动学模型，分别将优化前和优化后机械系统动力学分析变量作为输入值，依据剪刀桥的结构参数，得到展桥机构的模型如9所示。

2015年山东省基层医疗机构的诊疗量占总诊疗量的66.31%，刚刚达到国家≥65%的标准[5],但入院人数仅占入院人数的18.37%。近5年来，乡镇卫生院在基层卫生服务机构卫生服务供给量的占比90%左右，门诊人次变化平稳，但住院人数呈现降低趋势，而社区卫生服务中心增长较快。原因如基本药物的短缺导致居民就诊乡镇卫生院的意愿降低，乡镇卫生院强化了基本公共卫生服务而忽视了基本医疗，一些基本手术不再提供，基层人才缺乏，而社区卫生服务中心，在当地政府的重视下，大力投资康复医院、中医堂等服务项目，提高患者就诊率，同时由于先天地理位置优势，易于吸引人才提高机构服务能力[6]。

目前,手术依然是食管癌最有效的治疗方式,但传统开放手术创伤较大,术后并发症发生率也较高。虽然胸、腹腔镜联合手术可使术后并发症发生率降低,但仍存在术后大出血、吻合口瘘、肺部感染等并发症,给患者生命安全带来严重的影响。本院将综合护理干预应用于食管癌患者术后护理,在预防术后并发症发生方面取得了理想效果,现报道如下:

图9 ADAMS建立的剪刀桥机构模型
Fig.9 Mechanism model of scissors-type bridge with ADAMS

当θ ₁=-40°、θ ₂的变化范围为[0°,180°]时，分别得到优化前和优化后，展桥油缸推力随着第2桥节转角θ ₂的变化曲线分别如图10、图11所示。

图10 优化前ADAMS仿真展桥油缸推力变化情况
Fig.10 Driving force of cylinder simulated by ADAMS before optimization

图11 优化后ADAMS仿真展桥油缸推力变化情况
Fig.11 Driving force of cylinder simulated by ADAMS after optimization

由图10可以看到，当θ ₂=0°时展桥油缸受到的最大拉力为-2.837 6×10⁵N，当θ ₂=86.1°时油缸的最大推力为1.776 4×10⁵ N，与本文的计算最大拉力-2.844 1×10⁵ N和最大推力1.772 0×10⁵N值基本相同。由图11可以看出，当θ ₂=0°时展桥油缸受到的最大拉力为-1.145 9×10⁵N，当θ ₂=179.3°时油缸的最大推力为2.024 1×10⁵ N，与本文的计算最大拉力-1.150 9×10⁵ N和最大推力2.022 8×10⁵N值基本相同。以上结果表明，本文的优化计算模型与ADAMS模型一致，优化模型正确。

示范田位于江苏省扬州市广陵区沙头镇新兴村，面积6 670 m2，前茬作物为水稻。土壤为壤土，肥力中等，地势相对平整。防病治虫、施肥等田间管理按常规方法进行。

4 结论

本文阐述了一种新型剪刀式桥梁展桥机构的工作原理，通过理论建模、工程样机优化计算和验证分析，得到以下主要结论：

1) 根据展桥油缸的闭锁力和推力不同的特点，提出了满足展桥油缸选型的展桥机构铰点设计多目标优化计算方法，该方法有效可行。

2) 优化后，方案样机展桥油缸的最大拉力降低幅度达59.5%，解决了方案样机架桥初始状态展桥油缸由于压力过大出现间断溢流问题。同时，展桥油缸的最大推力和最大拉力分布趋于合理，展桥机构的功能满足设计要求。

3) 优化计算方法具有稳定、收敛快等特点，ADAMS仿真结果表明计算模型的正确性，研究结果为工程样机的改进提供了重要依据。

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Multi -object Optimization Design of Hinge Point Location of a New Deployment Mechanism for Scissors -type Bridge

HAN Jun¹， ZHU Pengcheng¹， ZHANG Shuai²， HONG Huangjie¹

(1.The Fifth Research Institute, Army Academy of PLA , Wuxi 214035，Jiangsu，China；2.College of Field Engineering，the Army Engineering University of PLA，Nanjing 210007，Jiangsu，China)

Abstract : A new deployment mechanism of scissors-type mobile bridge is presented. For the intermittent hydraulic oil overflow in driving cylinder cavity of engineering prototype due to overload during initial deploying, an optimal method for improving the stress state of driving cylinder is proposed. The kinematics and statics models of deployment mechanism are established using Denavit-Hatenberg homogeneous transformation matrix. A multi-objective optimization model for designing the location of hinge point in deployment mechanism is constructed based on different characteristics of driving force and locking force of hydraulic cylinder. The key hinge point location of deployment mechanism was optimized for the engineering prototype, and the correctness of calculation model was proved by using ADAMS. The research result shows that the maximum pulling force of optimized hydraulic cylinder is reduced by 59.5 percent, and the force distribution of hydraulic cylinder is significantly improved; the proposed calculation model is correct, and the optimization method has quick convergence speed and steady performance.

Keywords : scissors-type bridge； deployment mechanism； hinge point location； D-H homogeneous transformation matrix； multi-object optimization design

中图分类号： E951.3

文献标志码： A

文章编号： 1000-1093(2019)05-1113-08

DOI :10.3969/j.issn.1000-1093.2019.05.025

收稿日期： 2018-06-22

基金项目：武器装备预先研究项目(40407010405)

作者简介：韩军(1966—)，男，研究员，博士，硕士生导师。 E-mail: hanjun1107@163.com

标签：剪刀式桥梁论文; 展桥机构论文; 铰点位置论文; Denavit-Hatenberg齐次变换矩阵论文; 多目标优化论文; 陆军研究院5所论文; 陆军工程大学野战工程学院论文;

剪刀式桥梁展桥机构铰点位置多目标优化设计论文