基于ADAMS的無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

王中原 李宣 蘇小華

摘 要：為研究無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備四桿升降機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和驅(qū)動(dòng)裝置的受力情況，采用SOLIDWORKS三維制圖軟件對(duì)四桿升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模，利用ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真軟件對(duì)四桿升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行模擬分析得到四桿升降機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力，為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式。

關(guān)鍵詞：側(cè)方位無避讓停車;ADAMS仿真;受力分析

中圖分類號(hào)：U495? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）13-87-03

Design of Lifting Mechanism of Non Avoiding Side Direction Stereo Parking

Equipment Based on ADAMS

Wang Zhongyuan， Li Xuan， Su Xiaohua

（Northern Heavy Industries Group Co.， Ltd.， Liaoning Shenyang 110141）

Abstract： In order to study the motion law of the four-bar lifting mechanism and the force condition of the driving device of the three-dimensional parking equipment without avoidance. Creating a four-bar elevator for 3D modeling by solidWorks. The driving force of the four-bar lifting mechanism is obtained by using ADAMS software to simulate the motion process of the four-bar lifting mechanism， which provides an important basis for the design of the driving system. According to the analysis results， the structure is optimized， and the optimal structure form is obtained.

Keywords： Parking without lateral collision avoidance; ADAMS simulation; Stress analysis

CLC NO.： U495? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）13-87-03

引言

隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的出現(xiàn)和發(fā)展，讓人們看到了變革傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的曙光，人們逐步將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)融入到機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，通過計(jì)算機(jī)軟件處理的相關(guān)技術(shù)將具體的實(shí)物造型展示在眼前，并利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析[1]。這使得機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期大大縮短，可靠性大大提升，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，同時(shí)也使得產(chǎn)品更加適合批量化生產(chǎn)。

目前我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)和汽車工業(yè)的發(fā)展迅速，機(jī)動(dòng)車輛平均增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)大于城市停車基礎(chǔ)設(shè)施的平均增長(zhǎng)。立體停車設(shè)備以其占地面積少、停車率高、布置靈活、高效低耗、性價(jià)比高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞[2]。無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備正是其中具有代表性的一種[3]。

無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備由下橫移裝置、上載車板、四桿升降機(jī)構(gòu)等主要部件構(gòu)成。在設(shè)計(jì)中我們引入數(shù)字化設(shè)計(jì)，分別采用運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析軟件ADAMS和機(jī)械設(shè)計(jì)軟件SolidWorks，分別對(duì)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真，通過分析各運(yùn)行姿態(tài)，得出無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備最優(yōu)結(jié)構(gòu)和受力情況，為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)[4]。

1 工作原理

四桿升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備的難點(diǎn)。四桿升降機(jī)構(gòu)連接上載車板和立柱，通過驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)四桿機(jī)構(gòu)施加驅(qū)動(dòng)力，改變四桿形狀，使上載車板完成升降運(yùn)動(dòng)。

圖1為四桿升降機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖，其工作原理為：驅(qū)動(dòng)裝置7兩端安裝于四桿升降機(jī)構(gòu)和底座，作為整個(gè)升降機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)裝置將驅(qū)動(dòng)力傳遞到四桿升降機(jī)構(gòu)4，帶動(dòng)四桿升降機(jī)構(gòu)形狀改動(dòng)。載車板1與四桿升降機(jī)構(gòu)4和前臂2連接，隨著四桿升降機(jī)構(gòu)形狀改變，帶動(dòng)載車板升降，實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)。由于四桿升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)過程中不同的姿態(tài)驅(qū)動(dòng)裝置的受力大小也不同，為研究四桿升降機(jī)構(gòu)在整個(gè)升降過程中驅(qū)動(dòng)裝置和各鉸接點(diǎn)的受力情況，本文采用虛擬運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真方式進(jìn)行分析，既省去繁瑣的計(jì)算，又能得到更直觀準(zhǔn)確的結(jié)果。

2 建立ADAMS實(shí)體模型

ADAMS作為專業(yè)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件，其擁有強(qiáng)大的仿真功能，但其實(shí)體建模功能較弱，尤其是復(fù)雜的幾何模型。為減少設(shè)計(jì)周期和計(jì)算量，本文采用SOLID WORKS進(jìn)行四桿升降機(jī)構(gòu)的實(shí)體建模，如圖2所示。

從SOLIDWORKS模型中發(fā)現(xiàn)，四桿升降機(jī)構(gòu)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為減小ADAMS計(jì)算量，可以將模型簡(jiǎn)化，取四桿升降機(jī)構(gòu)的一側(cè)進(jìn)行建模，將上載車板簡(jiǎn)化，將簡(jiǎn)化后的模型導(dǎo)入到ADAMS中，建立ADAMS實(shí)體模型，如圖3所示。

根據(jù)四桿升降機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在ADAMS中對(duì)已建立四桿升降機(jī)構(gòu)各鉸接點(diǎn)施加約束，添加負(fù)載質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)副摩擦系數(shù)等參數(shù)，完成ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真前的準(zhǔn)備工作。

3 仿真結(jié)果分析

通過對(duì)四桿升降機(jī)構(gòu)ADAMS模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，并提取四桿升降機(jī)構(gòu)各鉸接點(diǎn)和驅(qū)動(dòng)裝置的受力值，得到如下結(jié)果，如圖4所示。

從ADAMS的仿真結(jié)果中發(fā)現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)限制，四連桿升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置的位移短，因此驅(qū)動(dòng)力過大，若要滿足此驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)裝置體積將非常大，無法布置，成本也會(huì)大大增大。加之各鉸接點(diǎn)受力也非常大，最大值分別為250KN、100KN、250KN，若要承受此力鉸接點(diǎn)連接銷軸的直徑將很大，從結(jié)構(gòu)合理性、制造成本等方面都不合理。

通過各鉸接點(diǎn)對(duì)受力曲線的深入分析發(fā)現(xiàn)，四桿升降機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)的初期各鉸接點(diǎn)的受力都非常大，但當(dāng)其運(yùn)動(dòng)過某一點(diǎn)后鉸接點(diǎn)的受力明顯下降，說明在四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程中存在運(yùn)動(dòng)死點(diǎn)。根據(jù)這個(gè)發(fā)現(xiàn)，對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化。通過改變四桿形狀的方式，使傳動(dòng)角不為0°，進(jìn)而避開死點(diǎn)位置[5]。優(yōu)化后的四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真模型，如圖5所示。

對(duì)優(yōu)化后四桿升降機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬，提取各鉸接點(diǎn)受力情況，得到如下結(jié)果，如圖6所示。

優(yōu)化后的ADAMS的仿真結(jié)果表明，四桿升降機(jī)構(gòu)各鉸接點(diǎn)受力最大值分別為35KN、32.5KN、30KN，各鉸接點(diǎn)受力較之前的方案已經(jīng)大幅降低，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)所需驅(qū)動(dòng)力也大幅降低，滿足設(shè)計(jì)的需求。根據(jù)ADAMS仿真結(jié)果對(duì)四桿升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并建立四桿升降機(jī)構(gòu)SOLIDWORKS模型，如圖7所示。

4 結(jié)論

通過SOLIDWORKS、ADAMS等輔助軟件，對(duì)無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備的四桿升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。發(fā)現(xiàn)四桿升降機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)死點(diǎn)，表現(xiàn)為驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力、各鉸接點(diǎn)受力過大的問題。通過深入分析輔助軟件的結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，成功避開了死點(diǎn)位置，提高了四桿升降機(jī)構(gòu)的合理性，降低設(shè)備的成本，最終達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。說明了在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)對(duì)保障設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行，滿足實(shí)際工作的需要起到至關(guān)重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 許乾.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].科技與創(chuàng)新. 2017（08）.

[2] 俞天明.無避讓立體停車庫的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師.2012（07）.

[3] 程懷舟，周霞.PLC在立體停車庫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].建筑機(jī)械. 2004（09）.

[4] 王偉，唐向陽，許冬梅.基于ADAMS的立體車庫舉升臂運(yùn)動(dòng)學(xué)研究[J].起重運(yùn)輸機(jī)械.2011（04）.

[5] 陳杰，厲杰.對(duì)于克服平面四桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置的方法研究[J].化工管理.2017（01）.