汽車后欄板舉升機構的虛擬樣機仿真

盧宸華+王云峰+李煜彤

摘 要：在建立后欄板舉升機構虛擬樣機的基礎上，利用ADAMS軟件對車用后欄板舉升機構進行了運動和動力仿真；得到了后欄板舉升機構在運動過程中欄板中心點的坐標變化規律和速度時間曲線，并給出了描述欄板中心點坐標變化和速度時間規律的經驗公式，為分析此類機構的運動提供了簡便方法。

關鍵詞：后欄板舉升機構 多項式函數 運動學仿真 ADAMS

中圖分類號：TB24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0059-03

后欄板舉升機構是安裝于廂式貨車尾部的一種靠汽車發動機或車載蓄電池提供動力源的液壓起重裝卸設備，它能實現后欄板著地傾斜、垂直舉升和90°翻轉，能夠在較少人力下以較高的效率完成數噸乃至數十噸貨物的裝卸，在現代物流行業中占有重要的地位，因此后欄板舉升機構的研究，成為專用汽車研究的重要方向之一。田杰、商高高等[1，2]采用復數向量法建立了雙液壓缸式后欄板舉升機構的數學模型，并對其進行了運動學和動力學分析，對車用后欄板舉升機構進行了運動學和動力學分析。劉晶郁[3]針對ZTC9230X型15t廂式半掛車，采用約束隨機方向法后欄板舉升機構進行了多目標的優化設計。徐達[4]等人采用試錯法給出了設計-校核-修改-校核的后欄板的設計思路。

但是上述研究涉及到復雜的理論和數學計算，難以在生產設計人員中推廣應用。因此開展后欄板式舉升機構的研究，建立易于工程技術人員使用的經驗公式，具有重要意義。

1 后欄板起重裝置升降機構簡圖

單液壓缸后欄板舉升機構的運動原理，如圖1所示[4]。其運動由三種動作構成：一是在下止點的欄板著地傾斜運動，二是欄板平行舉升時上下連桿分別繞拐臂軸D和A的轉動，三是在上止點的90°翻轉運動。由于在上止點的90°翻轉運動是手工完成，且此過程中起重過程中貨物的穩定性和安全性僅與欄板的著地傾斜和升降有關，而與上止點的90°翻轉無關，所以運動仿真進分析前兩個運動過程。

2 單液壓缸后欄板舉升機構的虛擬樣機

后欄板舉升裝置適配車型的底盤上表面距離地面高度為765 mm，縱梁斷面尺寸為200×65×6 mm，車寬為2065 mm，依據該車型初步確定后欄板舉升裝置的主要技術參數如表1。

根據上述技術參數，建立后欄板舉升裝置進行運動仿真分析的虛擬樣機，如圖2所示。

2.1 約束設置

定義后欄板舉升機構各主要構件的連接方式和相對運動。如液壓缸的缸體與貨車車架、液壓缸伸出桿與拐臂、上下桿與連桿、連桿與欄板之間的轉動副連接；液壓缸缸體與活塞伸出桿之間的移動副連接。

2.2 接觸設置

為了防止在仿真過程中各構件之間在運動時發生干涉，需要定義相鄰物體間的接觸。模型當中包含有8個接觸，即鎖緊桿與下桿、下桿與側拐臂、欄板上的小輪與地面和連桿與欄板各有兩個。

2.3 液壓缸驅動力設置

后欄板的上升和下降動作是通過液壓缸的伸縮推動舉升機構實現的，考慮到液壓缸的運動分為起始時的加速階段，中間勻速運動階段和緩沖階段，液壓缸作為驅動的過程可以用階躍函數表示[5-7]。其形式為：

3 后欄板舉升過程的仿真結果分析

為了描述舉升機構的運動變化，以圖1中拐臂軸A為坐標原點，建立坐標系。x軸水平向右，描述欄板在水平方向的運動，y軸豎直向上，描述欄板的鉛垂方向的運動。

在液壓缸的驅動下，后欄板舉升機構在著地傾斜和欄板垂直舉升運動的過程中，欄板中心的坐標變化情況如圖3所示。

由圖3可以看出欄板中心在水平和鉛垂坐標隨時間的變化：從0～4 s之間，欄板完成了傾斜5度的運動，在此過程中欄板中心點的位移較小，曲線近似直線；在4 s時，欄板中心的位移曲線發生了變化，這是因為后欄板處于由傾斜運動向垂直舉升運動的過渡時刻；從4 s以后欄板開始做垂直舉升運動，因此欄板中心在水平方向的前進距離與后退距離基本相當，這是因為在此過程中上下連桿繞著拐臂軸從負30度角旋轉到旋轉到正30度角。

但是生產設計人員采用仿真方法進行分析存在一定困難，所以，本文給出了可以較精確描述欄板中心點坐標隨時間變化的多項式形式的經驗公式（2）和（3），方便生產設計人員使用。

4 結論

利用ADAMS軟件對車用后欄板舉升機構進行了運動仿真，得到了后欄板舉升機構在運動過程中欄板中心點的坐標變化規律和速度時間曲線，并給出了描述欄板中心點坐標變化和速度時間規律的經驗公式，為分析此機構運動的運動和舉升貨物的穩定提供了簡便方法，并為此類機構的進一步優化設計提供依據。

參考文獻

[1] 田杰，商高高，周家付.車用后欄板舉升機構的計算機輔助動力學分析[J].拖拉機與農用運輸車，2006，33（6）：48-51.

[2] 田杰，商高高.車用后欄板起重裝置的運動學分析[J].起重運輸機械，2006（10）：31-35.

[3] 劉晶郁.后欄板起重裝置的優化設計[J].專用汽車，1997（4）：14-16.

[4] 徐達，陸錦容.專用汽車工作裝置原理與設計計算[M].2版.北京：北京理工大學出版社，2002：153-164.

[5] 陳立平，張云清，任衛群，等.機械系統動力學分析及ADAMS應用教程[M].北京：清華大學出版社，2005：249-251.

[6] 張桂菊，肖才遠，譚青，等.基于虛擬樣機技術挖掘機工作裝置動力學分析及仿真[J].中南大學學報：自然科學版，2014（6）：1827-1833.

[7] 李榮麗，賀利樂.煤炭采樣機械臂的剛柔耦合動力學建模與仿真分析[J].機械設計，2013（8）：33-36.endprint

摘 要：在建立后欄板舉升機構虛擬樣機的基礎上，利用ADAMS軟件對車用后欄板舉升機構進行了運動和動力仿真；得到了后欄板舉升機構在運動過程中欄板中心點的坐標變化規律和速度時間曲線，并給出了描述欄板中心點坐標變化和速度時間規律的經驗公式，為分析此類機構的運動提供了簡便方法。

關鍵詞：后欄板舉升機構 多項式函數 運動學仿真 ADAMS

中圖分類號：TB24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0059-03

后欄板舉升機構是安裝于廂式貨車尾部的一種靠汽車發動機或車載蓄電池提供動力源的液壓起重裝卸設備，它能實現后欄板著地傾斜、垂直舉升和90°翻轉，能夠在較少人力下以較高的效率完成數噸乃至數十噸貨物的裝卸，在現代物流行業中占有重要的地位，因此后欄板舉升機構的研究，成為專用汽車研究的重要方向之一。田杰、商高高等[1，2]采用復數向量法建立了雙液壓缸式后欄板舉升機構的數學模型，并對其進行了運動學和動力學分析，對車用后欄板舉升機構進行了運動學和動力學分析。劉晶郁[3]針對ZTC9230X型15t廂式半掛車，采用約束隨機方向法后欄板舉升機構進行了多目標的優化設計。徐達[4]等人采用試錯法給出了設計-校核-修改-校核的后欄板的設計思路。

但是上述研究涉及到復雜的理論和數學計算，難以在生產設計人員中推廣應用。因此開展后欄板式舉升機構的研究，建立易于工程技術人員使用的經驗公式，具有重要意義。

1 后欄板起重裝置升降機構簡圖

單液壓缸后欄板舉升機構的運動原理，如圖1所示[4]。其運動由三種動作構成：一是在下止點的欄板著地傾斜運動，二是欄板平行舉升時上下連桿分別繞拐臂軸D和A的轉動，三是在上止點的90°翻轉運動。由于在上止點的90°翻轉運動是手工完成，且此過程中起重過程中貨物的穩定性和安全性僅與欄板的著地傾斜和升降有關，而與上止點的90°翻轉無關，所以運動仿真進分析前兩個運動過程。

2 單液壓缸后欄板舉升機構的虛擬樣機

后欄板舉升裝置適配車型的底盤上表面距離地面高度為765 mm，縱梁斷面尺寸為200×65×6 mm，車寬為2065 mm，依據該車型初步確定后欄板舉升裝置的主要技術參數如表1。

根據上述技術參數，建立后欄板舉升裝置進行運動仿真分析的虛擬樣機，如圖2所示。

2.1 約束設置

定義后欄板舉升機構各主要構件的連接方式和相對運動。如液壓缸的缸體與貨車車架、液壓缸伸出桿與拐臂、上下桿與連桿、連桿與欄板之間的轉動副連接；液壓缸缸體與活塞伸出桿之間的移動副連接。

2.2 接觸設置

為了防止在仿真過程中各構件之間在運動時發生干涉，需要定義相鄰物體間的接觸。模型當中包含有8個接觸，即鎖緊桿與下桿、下桿與側拐臂、欄板上的小輪與地面和連桿與欄板各有兩個。

2.3 液壓缸驅動力設置

后欄板的上升和下降動作是通過液壓缸的伸縮推動舉升機構實現的，考慮到液壓缸的運動分為起始時的加速階段，中間勻速運動階段和緩沖階段，液壓缸作為驅動的過程可以用階躍函數表示[5-7]。其形式為：

3 后欄板舉升過程的仿真結果分析

為了描述舉升機構的運動變化，以圖1中拐臂軸A為坐標原點，建立坐標系。x軸水平向右，描述欄板在水平方向的運動，y軸豎直向上，描述欄板的鉛垂方向的運動。

在液壓缸的驅動下，后欄板舉升機構在著地傾斜和欄板垂直舉升運動的過程中，欄板中心的坐標變化情況如圖3所示。

由圖3可以看出欄板中心在水平和鉛垂坐標隨時間的變化：從0～4 s之間，欄板完成了傾斜5度的運動，在此過程中欄板中心點的位移較小，曲線近似直線；在4 s時，欄板中心的位移曲線發生了變化，這是因為后欄板處于由傾斜運動向垂直舉升運動的過渡時刻；從4 s以后欄板開始做垂直舉升運動，因此欄板中心在水平方向的前進距離與后退距離基本相當，這是因為在此過程中上下連桿繞著拐臂軸從負30度角旋轉到旋轉到正30度角。

但是生產設計人員采用仿真方法進行分析存在一定困難，所以，本文給出了可以較精確描述欄板中心點坐標隨時間變化的多項式形式的經驗公式（2）和（3），方便生產設計人員使用。

4 結論

利用ADAMS軟件對車用后欄板舉升機構進行了運動仿真，得到了后欄板舉升機構在運動過程中欄板中心點的坐標變化規律和速度時間曲線，并給出了描述欄板中心點坐標變化和速度時間規律的經驗公式，為分析此機構運動的運動和舉升貨物的穩定提供了簡便方法，并為此類機構的進一步優化設計提供依據。

參考文獻

[1] 田杰，商高高，周家付.車用后欄板舉升機構的計算機輔助動力學分析[J].拖拉機與農用運輸車，2006，33（6）：48-51.

[2] 田杰，商高高.車用后欄板起重裝置的運動學分析[J].起重運輸機械，2006（10）：31-35.

[3] 劉晶郁.后欄板起重裝置的優化設計[J].專用汽車，1997（4）：14-16.

[4] 徐達，陸錦容.專用汽車工作裝置原理與設計計算[M].2版.北京：北京理工大學出版社，2002：153-164.

[5] 陳立平，張云清，任衛群，等.機械系統動力學分析及ADAMS應用教程[M].北京：清華大學出版社，2005：249-251.

[6] 張桂菊，肖才遠，譚青，等.基于虛擬樣機技術挖掘機工作裝置動力學分析及仿真[J].中南大學學報：自然科學版，2014（6）：1827-1833.

[7] 李榮麗，賀利樂.煤炭采樣機械臂的剛柔耦合動力學建模與仿真分析[J].機械設計，2013（8）：33-36.endprint

摘 要：在建立后欄板舉升機構虛擬樣機的基礎上，利用ADAMS軟件對車用后欄板舉升機構進行了運動和動力仿真；得到了后欄板舉升機構在運動過程中欄板中心點的坐標變化規律和速度時間曲線，并給出了描述欄板中心點坐標變化和速度時間規律的經驗公式，為分析此類機構的運動提供了簡便方法。

關鍵詞：后欄板舉升機構 多項式函數 運動學仿真 ADAMS

中圖分類號：TB24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0059-03

后欄板舉升機構是安裝于廂式貨車尾部的一種靠汽車發動機或車載蓄電池提供動力源的液壓起重裝卸設備，它能實現后欄板著地傾斜、垂直舉升和90°翻轉，能夠在較少人力下以較高的效率完成數噸乃至數十噸貨物的裝卸，在現代物流行業中占有重要的地位，因此后欄板舉升機構的研究，成為專用汽車研究的重要方向之一。田杰、商高高等[1，2]采用復數向量法建立了雙液壓缸式后欄板舉升機構的數學模型，并對其進行了運動學和動力學分析，對車用后欄板舉升機構進行了運動學和動力學分析。劉晶郁[3]針對ZTC9230X型15t廂式半掛車，采用約束隨機方向法后欄板舉升機構進行了多目標的優化設計。徐達[4]等人采用試錯法給出了設計-校核-修改-校核的后欄板的設計思路。

但是上述研究涉及到復雜的理論和數學計算，難以在生產設計人員中推廣應用。因此開展后欄板式舉升機構的研究，建立易于工程技術人員使用的經驗公式，具有重要意義。

1 后欄板起重裝置升降機構簡圖

單液壓缸后欄板舉升機構的運動原理，如圖1所示[4]。其運動由三種動作構成：一是在下止點的欄板著地傾斜運動，二是欄板平行舉升時上下連桿分別繞拐臂軸D和A的轉動，三是在上止點的90°翻轉運動。由于在上止點的90°翻轉運動是手工完成，且此過程中起重過程中貨物的穩定性和安全性僅與欄板的著地傾斜和升降有關，而與上止點的90°翻轉無關，所以運動仿真進分析前兩個運動過程。

2 單液壓缸后欄板舉升機構的虛擬樣機

后欄板舉升裝置適配車型的底盤上表面距離地面高度為765 mm，縱梁斷面尺寸為200×65×6 mm，車寬為2065 mm，依據該車型初步確定后欄板舉升裝置的主要技術參數如表1。

根據上述技術參數，建立后欄板舉升裝置進行運動仿真分析的虛擬樣機，如圖2所示。

2.1 約束設置

定義后欄板舉升機構各主要構件的連接方式和相對運動。如液壓缸的缸體與貨車車架、液壓缸伸出桿與拐臂、上下桿與連桿、連桿與欄板之間的轉動副連接；液壓缸缸體與活塞伸出桿之間的移動副連接。

2.2 接觸設置

為了防止在仿真過程中各構件之間在運動時發生干涉，需要定義相鄰物體間的接觸。模型當中包含有8個接觸，即鎖緊桿與下桿、下桿與側拐臂、欄板上的小輪與地面和連桿與欄板各有兩個。

2.3 液壓缸驅動力設置

后欄板的上升和下降動作是通過液壓缸的伸縮推動舉升機構實現的，考慮到液壓缸的運動分為起始時的加速階段，中間勻速運動階段和緩沖階段，液壓缸作為驅動的過程可以用階躍函數表示[5-7]。其形式為：

3 后欄板舉升過程的仿真結果分析

為了描述舉升機構的運動變化，以圖1中拐臂軸A為坐標原點，建立坐標系。x軸水平向右，描述欄板在水平方向的運動，y軸豎直向上，描述欄板的鉛垂方向的運動。

在液壓缸的驅動下，后欄板舉升機構在著地傾斜和欄板垂直舉升運動的過程中，欄板中心的坐標變化情況如圖3所示。

由圖3可以看出欄板中心在水平和鉛垂坐標隨時間的變化：從0～4 s之間，欄板完成了傾斜5度的運動，在此過程中欄板中心點的位移較小，曲線近似直線；在4 s時，欄板中心的位移曲線發生了變化，這是因為后欄板處于由傾斜運動向垂直舉升運動的過渡時刻；從4 s以后欄板開始做垂直舉升運動，因此欄板中心在水平方向的前進距離與后退距離基本相當，這是因為在此過程中上下連桿繞著拐臂軸從負30度角旋轉到旋轉到正30度角。

但是生產設計人員采用仿真方法進行分析存在一定困難，所以，本文給出了可以較精確描述欄板中心點坐標隨時間變化的多項式形式的經驗公式（2）和（3），方便生產設計人員使用。

4 結論

利用ADAMS軟件對車用后欄板舉升機構進行了運動仿真，得到了后欄板舉升機構在運動過程中欄板中心點的坐標變化規律和速度時間曲線，并給出了描述欄板中心點坐標變化和速度時間規律的經驗公式，為分析此機構運動的運動和舉升貨物的穩定提供了簡便方法，并為此類機構的進一步優化設計提供依據。

參考文獻

[1] 田杰，商高高，周家付.車用后欄板舉升機構的計算機輔助動力學分析[J].拖拉機與農用運輸車，2006，33（6）：48-51.

[2] 田杰，商高高.車用后欄板起重裝置的運動學分析[J].起重運輸機械，2006（10）：31-35.

[3] 劉晶郁.后欄板起重裝置的優化設計[J].專用汽車，1997（4）：14-16.

[4] 徐達，陸錦容.專用汽車工作裝置原理與設計計算[M].2版.北京：北京理工大學出版社，2002：153-164.

[5] 陳立平，張云清，任衛群，等.機械系統動力學分析及ADAMS應用教程[M].北京：清華大學出版社，2005：249-251.

[6] 張桂菊，肖才遠，譚青，等.基于虛擬樣機技術挖掘機工作裝置動力學分析及仿真[J].中南大學學報：自然科學版，2014（6）：1827-1833.

[7] 李榮麗，賀利樂.煤炭采樣機械臂的剛柔耦合動力學建模與仿真分析[J].機械設計，2013（8）：33-36.endprint