基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的自卸車(chē)T式舉升機(jī)構(gòu)仿真分析

李 亮， 麻進(jìn)云

（1.東北大學(xué)秦皇島分校 控制工程學(xué)院;2.秦皇島港務(wù)集團(tuán)第七港務(wù)公司,河北 秦皇島 066000）

基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的自卸車(chē)T式舉升機(jī)構(gòu)仿真分析

李 亮1， 麻進(jìn)云2

（1.東北大學(xué)秦皇島分校 控制工程學(xué)院;2.秦皇島港務(wù)集團(tuán)第七港務(wù)公司,河北 秦皇島 066000）

舉升機(jī)構(gòu)作為自卸車(chē)重要的動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)整車(chē)的作業(yè)效率、作業(yè)性能、機(jī)械強(qiáng)度及液壓系統(tǒng)的可靠性均有著直接的影響。本文基于SolidWorks軟件建立了自卸車(chē)T式舉升裝置的虛擬樣機(jī)模型，通過(guò)仿真對(duì)其作業(yè)過(guò)程中的各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行性能分析，為該產(chǎn)品的技術(shù)升級(jí)提供了理論依據(jù)。

仿真;性能;舉升機(jī)構(gòu);自卸車(chē);Solidworks

1 前言

自卸車(chē)通常用于松散物料的裝卸和運(yùn)輸，和裝載機(jī)、挖掘機(jī)等工程機(jī)械一起在基礎(chǔ)建設(shè)的運(yùn)輸行業(yè)發(fā)揮著重要的作用。舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理對(duì)整車(chē)的作業(yè)效率、作業(yè)性能以及機(jī)械液壓裝置的可靠性均有直接的影響[1]。因此，在物理樣機(jī)試驗(yàn)之前采用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行性能分析具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。

2 虛擬樣機(jī)模型的建立

自卸車(chē)的T式舉升機(jī)構(gòu)又稱馬勒里式舉升機(jī)構(gòu)，屬于油缸前推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)。如圖1所示為某型自卸車(chē)的舉升裝置的三維裝配模型,該裝置由車(chē)廂、副車(chē)架、油缸、兩塊三角臂及兩根拉桿等構(gòu)件組成。因其具有油壓特性好，舉升力系數(shù)較低，易于減小舉升過(guò)程中的最大舉升力等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于10～20t的自卸車(chē)上[2]。

在SolidWorks軟件中根據(jù)設(shè)計(jì)工程圖建立舉升機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件三維零件圖，并通過(guò)各零件間的配合關(guān)系建立裝配體模型，其中副車(chē)架為固定約束，其余運(yùn)動(dòng)副作鉸鏈和同心處理。

3 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真及分析

模型裝配體建立完畢后添新建運(yùn)動(dòng)算例并選擇motion分析模式，經(jīng)檢查無(wú)運(yùn)動(dòng)干涉，總自由度為1。設(shè)置車(chē)廂材料為16MnCr5，添加重力后軟件自動(dòng)計(jì)算出車(chē)廂重力為139656N，沿液壓缸軸線方向添加線性馬達(dá)，等速運(yùn)動(dòng)速度為50mm/s并設(shè)置運(yùn)行時(shí)間14.4S。

至此運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型設(shè)置完畢，運(yùn)行計(jì)算提取動(dòng)態(tài)分析結(jié)果。

通常液壓缸行程過(guò)大會(huì)增加制造成本以及降低作業(yè)效率[3]。由圖2可知，舉升過(guò)程中油缸的行程線性增大，最大值720mm，而整車(chē)布局要求其最大行程應(yīng)760mm，能夠滿足工程需要。

油缸推力隨舉升角度的變化如圖3所示，由圖可知車(chē)廂最大舉升角為49°，通常為保證自卸貨車(chē)能卸干凈物料，車(chē)廂舉升角要大于物料的安息角，即其舉升角至少要大于45°[4]。因此可知該機(jī)構(gòu)能夠滿足卸料要求。圖中推力變化曲線平滑無(wú)死點(diǎn)干涉現(xiàn)象，其中油缸的初始推力為289670N，在舉升角7度左右時(shí)出現(xiàn)峰值點(diǎn)，最大推力為371291N。隨后油缸的推力值先逐漸減小，隨著該機(jī)構(gòu)逐漸接近自身死點(diǎn)位置繼而開(kāi)始增大大，但由于數(shù)據(jù)并未急劇增加可知此時(shí)未達(dá)到死點(diǎn)位置，這樣就保證了卸料完畢后能夠靠車(chē)廂自重順利回位。

由最大推力數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算可得該車(chē)液壓系統(tǒng)需要承受最高26.06MPa的油壓，較于經(jīng)驗(yàn)值較大，這樣就為作為原動(dòng)系統(tǒng)的液壓原件帶來(lái)更大的沖擊和脈動(dòng)，增加動(dòng)力損失的同時(shí)造成液壓原件的損壞和泄露[5]。因此，為減小油缸推力提高整車(chē)的使用性能有必要進(jìn)一步對(duì)舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。

4 結(jié)語(yǔ)

基于Solidworks軟件建立自卸車(chē)舉升裝置虛擬樣機(jī)并模擬卸料的動(dòng)態(tài)過(guò)程，可以準(zhǔn)確高效地對(duì)其最大舉升角、油缸推力等各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能參數(shù)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，方法實(shí)用高效為該車(chē)型的技術(shù)改進(jìn)提供了重要的參考依據(jù)。

[1]訾琨,李東洺,楊志勇等.重型自卸車(chē)舉升機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J].礦山機(jī)械,2012,40(11)：34-37.

[2]劉敏杰,劉聚德.幾種舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與性能分析[J].專用汽車(chē), 1999(02)：23-25.

[3]QC/T222-2010自卸汽車(chē)通用技術(shù)條件[S].

[4]陳超祥,胡其登.Solidworks?Motion運(yùn)動(dòng)仿真教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2014：118-123.

[4]王臣濤.自卸車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].重型汽車(chē),2010(03)：15-17.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.116