基于ANSYS的地下停車庫升降平臺設(shè)計(jì)與分析

李培 周道鴻 葛園園

摘要：首先采用Pro/E軟件對地下停車庫升降平臺進(jìn)行三維建模;其次采用ANSYS軟件對升降平臺的三維模型中的支架、支撐桿、升降平臺、軸承分別進(jìn)行仿真分析，并得出每部分的位移變化云圖和應(yīng)力變化云圖，通過分析得出每部分位移和應(yīng)力變化最大的位置，即危險(xiǎn)位置;最后針對分析結(jié)果進(jìn)行升降平臺三維建模的改進(jìn).

關(guān)鍵詞：升降平臺;三維建模;仿真分析;模型改進(jìn)

中圖分類號：TH211? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）08-0066-03

隨著社會的發(fā)展，汽車的需求量迅速增加，車輛的停放已成為亟待解決的問題之一.因此，對立體車庫、地下停車庫的研究具有重要意義.目前，地下停車庫升降平臺的驅(qū)動(dòng)力多用液壓驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)成本低、高效、可靠、節(jié)能的液壓系統(tǒng)對推進(jìn)液壓技術(shù)在地下停車工程中的應(yīng)用有重要意義.

本文采用Pro/E軟件對地下停車庫升降平臺進(jìn)行三維建模，采用ANSYS軟件對三維模型進(jìn)行仿真分析，對結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)應(yīng)力較大部分進(jìn)行改進(jìn)，得出改進(jìn)后的模型.為地下停車庫液壓式升降平臺的構(gòu)型設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供研究基礎(chǔ).

1 側(cè)置式液壓缸升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.1 側(cè)置式液壓缸升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)概述

側(cè)置式液壓缸升降機(jī)構(gòu)[1]具有6個(gè)部分組成如圖1所示，即支架、支撐桿、升降平臺、軸承、鏈輪和鏈條，其工作過程為：液壓缸推動(dòng)支撐桿上升，支撐桿上裝有鏈輪，通過鏈輪和鏈條的嚙合帶動(dòng)升降平臺在支架滑槽內(nèi)移動(dòng).

1.2 側(cè)置式液壓缸升降機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

由于液壓缸的行程有限，并且隨著液壓缸行程的增加其制造成本和難度也加大.采用側(cè)置式液壓缸升降機(jī)構(gòu)[2]配合鏈輪組使升降行程得到放大，并且具有傳動(dòng)平穩(wěn)、平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確、過載能力強(qiáng)以及環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但由于鏈輪鏈條的使用，使得該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)噪聲較大.

1.3 側(cè)置式液壓缸升降機(jī)構(gòu)的參數(shù)

1.4 側(cè)置式液壓缸升降機(jī)構(gòu)的三維建模

采用Pro/E軟件對側(cè)置式液壓缸升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模[3]，如圖1所示.

2 側(cè)置式液壓缸升降機(jī)構(gòu)的仿真分析

將液壓升降平臺的三維模型導(dǎo)入到ANSYS軟件中，并對其進(jìn)行靜力分析[4-5].液壓升降平臺主要受力部分為：支架、支撐桿、升降平臺、軸承，因此分別對這四個(gè)部分進(jìn)行仿真分析.

2.1 支架的仿真分析

支架的位移變化云圖和應(yīng)力變化云圖如圖2和圖3所示.

通過分析得出：整個(gè)支架的位移變化量在4.36×10-4-7.61×10-1mm，相差3個(gè)數(shù)量級，位移變化差距較大，但與平臺的尺寸相比變化不大;整個(gè)支架的應(yīng)力變化量在2.22×10-10-8.13MPa，相差10個(gè)數(shù)量級，應(yīng)力變化差距較大，并且與液壓缸接觸以及和鏈條鉸接的地方應(yīng)力變化量最大，因此與這兩處在整個(gè)支架中最危險(xiǎn)，應(yīng)進(jìn)行改進(jìn).

2.2 支撐桿的仿真分析

支撐桿位移變化云圖和應(yīng)力變化云圖如圖4和圖5所示.

通過分析得出：整個(gè)支撐桿的位移變化量在0-1.68mm，位移變化差距不大，但與液壓缸接觸的地方位移變化量最大;整個(gè)支撐桿的應(yīng)力變化量在1.25×10-12-42.68MPa，相差12個(gè)數(shù)量級，應(yīng)力變化差距較大，并且與液壓缸接觸以及鏈輪中心的地方應(yīng)力變化量最大，因此與這兩處在整個(gè)支撐桿中最危險(xiǎn)，應(yīng)進(jìn)行改進(jìn).

2.3 升降平臺的仿真分析

升降平臺的位移變化云圖和應(yīng)力變化云圖如圖6和圖7所示.

通過分析得出：整個(gè)升降平臺的位移變化量在0-0.26mm，位移變化差距不大;整個(gè)升降平臺的應(yīng)力變化量在1.62×10-6-9.49MPa，相差6個(gè)數(shù)量級，應(yīng)力變化差距較大，并且與鏈條鉸接處應(yīng)力變化量最大，因此該處在整個(gè)升降平臺中最危險(xiǎn)，應(yīng)進(jìn)行改進(jìn).

2.4 軸承的仿真分析

選用的是深溝球軸承代號6309軸承的外徑是100mm，內(nèi)徑是45mm，軸承的寬度是25mm，軸承的材質(zhì)為GCr15，彈性模量為219GPa，泊松比為0.3，密度為7830Kg/m3，淬火加回火后，屈服強(qiáng)度： 1667-1814MPa.分析軸承在3000N的壓力載荷作用下的剛度和強(qiáng)度情況.軸承的位移變化云圖和應(yīng)力變化云圖如圖8和圖9所示.

通過分析得出：整個(gè)軸承的位移變化量在0-0.0032mm，位移變化差距不大，但軸承與支撐架接觸的底部位移變化量最大;整個(gè)軸承的應(yīng)力變化量在0.038-64.75MPa，應(yīng)力變化差距較大，并且軸承與支撐架接觸的底部軸承的內(nèi)圈以及滾動(dòng)體所受應(yīng)力較大，因此該處在整個(gè)軸承中最危險(xiǎn)，應(yīng)進(jìn)行改進(jìn).

3 側(cè)置式液壓缸升降機(jī)構(gòu)優(yōu)化

3.1 優(yōu)化部分說明

根據(jù)升降平臺的位移分析及受力分析，對升降平臺中每一部分較危險(xiǎn)的部分進(jìn)行改進(jìn)，具體優(yōu)化方案如下：

（1）支架中，由于與液壓缸接觸以及和鏈條鉸接的地方應(yīng)力變化量最大，這兩處在整個(gè)支架中最危險(xiǎn)，因此對其進(jìn)行改進(jìn)，即①將兩組鏈輪鏈條傳動(dòng)改成了4組鏈條對稱拉升，既解決了平臺的傾斜問題，又減少了鏈條與接觸點(diǎn)的接觸應(yīng)力;②在支架與液壓缸的底部接觸的下部增加一支撐桿，增加支架的強(qiáng)度.

（2）支撐桿中，由于與液壓缸接觸以及鏈輪中心的地方應(yīng)力最大，這兩處在整個(gè)支撐桿中最危險(xiǎn)，因此對其進(jìn)行改進(jìn)，即①加兩個(gè)V形支撐桿，以減小支撐桿底部的受力;②增加4個(gè)鏈輪，以減少每個(gè)鏈輪中心的受力.

（3）升降平臺中，由于與鏈條鉸接處應(yīng)力最大，該處在整個(gè)升降平臺中最危險(xiǎn)，因此對其進(jìn)行改進(jìn)，即將兩組鏈輪鏈條傳動(dòng)改成了4組鏈條對稱拉升，以解決單個(gè)鏈條受力較大的問題.

（4）通過以上改進(jìn)，可以使支撐架受力較均勻，從而減少軸承應(yīng)力的值.

3.2 改進(jìn)后的液壓升降平臺三維模型

通過改進(jìn)，得出改進(jìn)后的液壓升降平臺三維模型，如圖10所示.

4 結(jié)論

利用Pro/E軟件對液壓升降平臺進(jìn)行三維模型，并且利用ANSYS軟件對液壓升降平臺三維模型中支架、支撐桿、升降平臺、軸承進(jìn)行仿真分析，得出每個(gè)部分的位移云圖和應(yīng)力云圖;通過分析得出每一部分的危險(xiǎn)位置，并對該位置進(jìn)行優(yōu)化，得出優(yōu)化后的結(jié)構(gòu).為液壓升降平臺的構(gòu)型設(shè)計(jì)及控制部分的研究提供基礎(chǔ).

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參考文獻(xiàn)：

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