Solidworks與ADAMS對(duì)起重機(jī)小車的聯(lián)合仿真試驗(yàn)研究

楊 瑛

寧波技師學(xué)院，浙江寧波 315032

0 引言

龍門起重機(jī)是在復(fù)雜工況下工作的大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其三維模型的繪制，需要耗費(fèi)大量的人力、物力，而本文所采用的Solidworks 軟件，該軟件可以采用參數(shù)化和特征造型技術(shù)進(jìn)行建模，因此，該軟件可以大大縮短零件設(shè)計(jì)周期，方便、快捷地進(jìn)行復(fù)雜形狀零部件的修改，所以Solidworks 軟件可以高效地利用所創(chuàng)建好的零部件模型來創(chuàng)建整個(gè)龍門起重機(jī)模型，繪圖時(shí)間大大縮短，繪圖效率大大提高。

1 在Solidworks 軟件中建立小車的CAD 模型

SolidWorks 是一個(gè)基于Windows 平臺(tái)的優(yōu)秀的三維機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，主要采用參數(shù)化和特征造型技術(shù)進(jìn)行建模，能方便、快捷地創(chuàng)建和修改大量復(fù)雜形狀的實(shí)體[1]，本文采用SolidWorks 軟件建立龍門起重機(jī)的CAD 模型，可以大大縮短零件設(shè)計(jì)周期，清晰表現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖[2]。

在Solidworks 軟件中建立好龍門起重機(jī)小車的模型。由于小車有防雨罩，隱藏防雨罩后，便可看到小車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 隱藏防雨罩的小車

2 虛擬樣機(jī)建模

本文的虛擬樣機(jī)建模包括：施加約束，施加載荷，施加運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)部件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，將Solidworks 軟件中建好的龍門起重機(jī)小車的模型傳送到ADAMS 平臺(tái)。在ADAMS 中將約束施加于各構(gòu)件之間，使各構(gòu)件所獲得的自由度與物理樣機(jī)一致。

分別用作用在小車、主梁構(gòu)件質(zhì)心的集中力代替作用在其上的均布風(fēng)載[3]，風(fēng)載荷的方向與小車運(yùn)行方向相同，作用在小車、主梁上的風(fēng)載荷分別為2255.1N、1195.4N，其中標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓q ＝250N/m2[4]。

本文的主要運(yùn)動(dòng)是小車車輪相對(duì)于小車的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（以旋轉(zhuǎn)角速度為控制參數(shù)），本文設(shè)計(jì)了4 種工況（工況A-1 和B-1的時(shí)間變化節(jié)點(diǎn)為1 秒，工況A-2 和B-2 的時(shí)間變化節(jié)點(diǎn)為6秒），然后對(duì)這四種工況進(jìn)行試驗(yàn)，本文在小車主動(dòng)車輪的旋轉(zhuǎn)副上添加了IF 函數(shù)，IF 函數(shù)所實(shí)現(xiàn)的小車運(yùn)行速度變化曲線如圖2 所示（工況A-1 和B-1 中，其中1 秒為小車速度發(fā)生變化的時(shí)間節(jié)點(diǎn)）。

圖2 小車的運(yùn)行速度

3 仿真步長(zhǎng)的選取

為了確定仿真步長(zhǎng)，本文取仿真時(shí)間20 秒，對(duì)工況B-2分別進(jìn)行2000 步、5000 步、7500 步、20000 步仿真，觀察仿真試驗(yàn)結(jié)果。得出結(jié)論：本文應(yīng)選取仿真步數(shù)20000 步。

4 小車碰撞仿真試驗(yàn)和安全性分析

本文最危險(xiǎn)的工況是A-2 和B-2，本文主要對(duì)工況B-2 下龍門起重機(jī)小車的的Z 方向安全性進(jìn)行分析。

4.1 小車運(yùn)行速度分析

小車運(yùn)行速度仿真試驗(yàn)結(jié)果與圖2 所設(shè)計(jì)的小車運(yùn)行速度完全相同，這說明本文的仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 小車緩沖器與端部止擋間的碰撞沖擊力分析

小車緩沖器與端部止擋間Z 方向（小車行走方向）碰撞沖擊力的仿真試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示：作用在緩沖器Z 方向上的撞擊力分別在t=7.93s 時(shí)達(dá)到最大值499.26 千牛頓，而本文采用的JHQ-A-3 型聚氨酯緩沖器的緩沖力僅為42 千牛頓，因此本文所選用的緩沖器不安全，建議選用緩沖力大于499.26 千牛頓的緩沖器。

圖3 小車緩沖器與端部止擋間的碰撞沖擊力的變化曲線

5 結(jié)論

采用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)龍門起重機(jī)小車進(jìn)行整體動(dòng)態(tài)安全性仿真試驗(yàn)，得到的主要結(jié)果如下：

1）Solidworks 軟件采用參數(shù)化和特征造型技術(shù)建模，復(fù)雜形狀零部件的修改方便快捷，設(shè)計(jì)周期大大縮短，繪圖效率大大提高；2）通過仿真試驗(yàn)獲得合理的緩沖器剛度，這為設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)安全可靠的龍門起重機(jī)緩沖器提供了快速、有效的途徑；3）通過仿真試驗(yàn)獲得小車突然加速和碰撞時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)接觸力，這些準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)可以供龍門起重機(jī)結(jié)構(gòu)分析時(shí)參考；4）通過仿真試驗(yàn)獲得小車與端部止擋碰撞時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)碰撞沖擊力，這為防止小車在碰撞過程中的墜落提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

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