基于ADAMS的1t掏箱叉車優(yōu)化設(shè)計(jì)

楚磊 齊明俠 黃魯蒙 李光美

摘要：1t掏箱叉車主要用于解決大型運(yùn)輸車和集裝箱的掏箱作業(yè)、物資伴隨裝卸及松軟場(chǎng)地內(nèi)物資倒運(yùn)問(wèn)題。為了提高快速裝卸能力，本文對(duì)叉車貨叉機(jī)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)選，利用ADAMS軟件對(duì)貨叉機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，得到關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的受力曲線；并且采用參數(shù)化分析，研究多個(gè)參數(shù)變化對(duì)樣機(jī)性能的影響，獲得最優(yōu)化的樣機(jī)結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：1t掏箱叉車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)貨叉機(jī)構(gòu)ADAMS優(yōu)化設(shè)計(jì)

Abstract: 1 t box is mainly used for cutting forklift truck and solving large container cutting operation, material with loading and unloading box and soft materials in the field milestones. In order to improve the speed loading capacity, this paper for forklift truck goods fork institutions scheme selection, using the ADAMS software to goods fork institutions for the dynamic simulation, get the key nodes stress curves; And a parametric analysis, the multiple parameters on the influence on the performance of the prototype, get the prototype structure optimization.

Keywords: 1 t tao box forklift steering mechanism goods fork institutions ADAMS optimization design

中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

0 引言

1t掏箱叉車是一種由折疊式裝卸臺(tái)運(yùn)輸，并通過(guò)折疊式裝卸臺(tái)進(jìn)入帶篷桿的高欄板運(yùn)輸車或集裝箱裝卸物資的叉車，主要用于解決大型運(yùn)輸車和集裝箱的掏箱作業(yè)、物資伴隨裝卸及松軟場(chǎng)地內(nèi)物資倒運(yùn)問(wèn)題，有效提高物資的快速裝卸能力。本文對(duì)1t掏箱叉車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析、設(shè)計(jì)與優(yōu)化[1-2]。

1 貨叉機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)關(guān)系分析

貨叉機(jī)構(gòu)由以下幾部分組成：舉升液壓缸（一套）的活塞桿和缸體分別與門(mén)架和臂鉸接，傾斜液壓缸（兩套）、臂（兩套）、門(mén)架與貨叉共同構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)，貨叉與四連桿機(jī)構(gòu)鉸接，所以貨叉機(jī)構(gòu)的舉升過(guò)程屬于多體動(dòng)力學(xué)范疇。

貨叉機(jī)構(gòu)的舉升過(guò)程中，舉升液壓缸的活塞桿和缸體做相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，缸體整體繞門(mén)架結(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)；在舉升液壓缸與傾斜液壓缸共同作用下，四連桿機(jī)構(gòu)按照四連桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)；貨叉相對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。

1t掏箱叉車的一個(gè)重要特征就是叉車可以完成掏箱作業(yè)，本文采用四連桿貨叉機(jī)構(gòu)[3]，

貨物質(zhì)量：；貨叉質(zhì)量：；貨叉前固定端質(zhì)量：

四連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)：；；；。收縮行程計(jì)算、、、：

記液壓缸段的長(zhǎng)度為，液壓缸受力為，液壓缸受力為、。以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系。

貨叉處于伸展初始狀態(tài)時(shí)，與軸夾角，角。

貨叉收縮過(guò)程中，將與同步順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度記為，點(diǎn)的坐標(biāo)為（，），點(diǎn)的坐標(biāo)為（，）。其中：

，，

，。

液壓缸段的長(zhǎng)度：

受力分析如圖1所示，對(duì)點(diǎn)求力矩平衡得：

且

得到：

點(diǎn)到直線的距離：

圖2b 計(jì)算簡(jiǎn)圖二圖2c 計(jì)算簡(jiǎn)圖三

對(duì)點(diǎn)求力矩平衡：

得出：

通過(guò)MATLAB編程得出、、、關(guān)于角度的變化曲線[4]

2 基于ADAMS的貨叉機(jī)構(gòu)仿真分析

2.1 動(dòng)力學(xué)模型的建立

貨叉機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的建立分為以下三步[5-6]：（1）檢查和設(shè)置建模的基本環(huán)境；（2）定義連接點(diǎn)，進(jìn)行幾何建模；（3）根據(jù)貨叉機(jī)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)施加約束。

、

2.2 動(dòng)力學(xué)特性分析

貨叉四連桿機(jī)構(gòu)是1t掏箱叉車的主要工作機(jī)構(gòu)，其工作狀態(tài)直接關(guān)系到叉車工作的穩(wěn)定性和使用壽命。A、B節(jié)點(diǎn)與門(mén)架連接，E、F節(jié)點(diǎn)與貨叉架連接，C、D節(jié)點(diǎn)分別連接舉升液壓缸的兩端。

在ADAMS中建立模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的受力分析，

2.3 機(jī)構(gòu)參數(shù)化的仿真分析

對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)D進(jìn)行參數(shù)化后得出貨叉舉升參考角隨時(shí)間變化規(guī)律如圖6所示。隨著D點(diǎn)坐標(biāo)相對(duì)門(mén)架距離逐漸減少，完成舉升過(guò)程所需要的時(shí)間逐漸增加。

對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)D進(jìn)行參數(shù)化后得出貨叉舉升機(jī)構(gòu)的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)隨時(shí)間變化規(guī)律如圖7所示。經(jīng)過(guò)對(duì)受力圖進(jìn)行分析，可以得出隨著D 點(diǎn)坐標(biāo)相對(duì)門(mén)架距離逐漸減少，同一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)A受力逐漸減少，節(jié)點(diǎn)B、E、F受力逐漸增大，節(jié)點(diǎn)C、D受力經(jīng)歷先減小后增大的過(guò)程。

圖7 各點(diǎn)受力變化規(guī)律

由節(jié)點(diǎn)受力圖分析可知，節(jié)點(diǎn)E、C、D受力較大，相對(duì)其它節(jié)點(diǎn)而言屬于危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)，參數(shù)優(yōu)化時(shí)應(yīng)該優(yōu)先考慮其對(duì)整個(gè)貨叉機(jī)構(gòu)的影響。根據(jù)機(jī)構(gòu)參數(shù)化之后各個(gè)節(jié)點(diǎn)變化規(guī)律，節(jié)點(diǎn)E、C、D受力規(guī)律大體上屬于增大的過(guò)程，因此關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)D坐標(biāo)相對(duì)門(mén)架距離應(yīng)該相對(duì)增大。

3 結(jié)術(shù)語(yǔ)

1t掏箱叉車采用三支點(diǎn)式全輪驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向方案，叉車轉(zhuǎn)向機(jī)方案選取三支點(diǎn)單后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。根據(jù)叉車工況需求，為了有效降低叉車的工作高度，進(jìn)一步提高叉車的自由行程，叉車的貨叉機(jī)構(gòu)方案選取四連桿貨叉機(jī)構(gòu)。通過(guò)基于ADAMAS的建模和仿真，分析了在理想情況下貨叉舉升過(guò)程中，機(jī)構(gòu)的載荷、舉升液壓缸的運(yùn)動(dòng)特性；通過(guò)對(duì)虛擬樣機(jī)工作情況的動(dòng)態(tài)仿真，得到關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的受力曲線；在參數(shù)化分析過(guò)程中，采用不同的設(shè)計(jì)參數(shù)值，自動(dòng)運(yùn)行一系列的仿真分析，通過(guò)對(duì)參數(shù)化分析結(jié)果的分析，研究多個(gè)參數(shù)變化對(duì)樣機(jī)性能的影響，獲得最優(yōu)化的樣機(jī)結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

[1] 詹雋青．軍用特種車輛結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003：1-50

[2] 陳道南．起重運(yùn)輸機(jī)械[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2003：20-40

[3] 游駿．平衡重式電池叉車總體性能參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究[D]，合肥工業(yè)大學(xué)，2003

[4] 張志涌．精通MATLAB[M]．北京：航空航天大學(xué)出版社，2000：1-200

[5] 岳驚濤，王太勇，詹文章．隨行叉車牽引行駛性能虛擬樣機(jī)分析[J]．叉車技術(shù)，2006，（1）：13-15

[6] 吳曉，王金諾，丁國(guó)富．叉車的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真建模研究[J]．起重運(yùn)輸機(jī)械，2001，（7）：4-7

(允許編輯在編改過(guò)程中添加其他相關(guān)的文章為參考文獻(xiàn))

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。