基于ADAMS的隨車吊作業(yè)模擬及強(qiáng)度仿真

高一佳，翟云飛

（1.陜西保利特種車制造有限公司，陜西 西安 710200；2.陜西汽車集團(tuán)技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

測(cè)試試驗(yàn)

基于ADAMS的隨車吊作業(yè)模擬及強(qiáng)度仿真

高一佳1，翟云飛2

（1.陜西保利特種車制造有限公司，陜西 西安 710200；2.陜西汽車集團(tuán)技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

首先用ADAMS對(duì)挖樹(shù)車吊機(jī)作業(yè)過(guò)程進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，模擬了該吊機(jī)提升樹(shù)木和移動(dòng)樹(shù)木的作業(yè)過(guò)程，并提取了靜載分析工況。然后用RADIOSS對(duì)該吊機(jī)安裝座進(jìn)行了強(qiáng)度分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。最終得到了能夠滿足使用強(qiáng)度和剛度要求的結(jié)構(gòu)。

吊機(jī)仿真；ADAMS；載荷提取

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-95-02

前言

挖樹(shù)車一種專門用于苗圃或林場(chǎng)中移栽樹(shù)木的小型專用車輛，作業(yè)效率高、安全可靠、操作靈活，但它通常需要一臺(tái)吊車伴隨作業(yè)[1]。本文將要提及的新型挖樹(shù)車安裝了一臺(tái)隨車吊，該附加裝置大大提高了作業(yè)獨(dú)立性和作業(yè)效率，同時(shí)也降低了使用成本。本文將著重分析新增隨車吊給挖樹(shù)機(jī)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的強(qiáng)度影響。

1 背景介紹

挖樹(shù)車主要由履帶、車身、變幅臂、挖樹(shù)鏟和隨車吊組成。其中挖樹(shù)鏟負(fù)責(zé)挖樹(shù)，隨車吊負(fù)責(zé)將挖出的樹(shù)木吊運(yùn)到轉(zhuǎn)運(yùn)車輛上。該隨車吊最大跨度5 m，有效起升高度6.7 m，回轉(zhuǎn)角度360°，額定起重量2 t。隨車吊由吊機(jī)底座、吊機(jī)立柱、基礎(chǔ)臂、一伸臂、二伸臂、三伸臂、吊索、旋轉(zhuǎn)油缸、舉升油缸、伸縮油缸等部件組成，自重600 kg，被吊樹(shù)木質(zhì)量660 kg。

由于該吊機(jī)作業(yè)幅度較大，因此吊機(jī)底座受力較為復(fù)雜。為準(zhǔn)確計(jì)算吊機(jī)底座的應(yīng)力分布情況，首先需要使用ADAMS進(jìn)行作業(yè)工程仿真，確定極限工況并提取載荷[2]。然后根據(jù)載荷進(jìn)行進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化改進(jìn)[3]。

2 載荷提取

吊機(jī)作業(yè)順序如下：首先吊機(jī)提升并旋轉(zhuǎn)，各級(jí)伸縮臂依次伸出至最遠(yuǎn)作業(yè)距離，然后下降并提起樹(shù)木，吊機(jī)旋轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)運(yùn)車輛上方并放下樹(shù)木。

為提取載荷，首先需要建立ADAMS模型，按照上述順序驅(qū)動(dòng)吊機(jī)動(dòng)作并進(jìn)行仿真，得到如圖1所示的載荷工況。該圖展示了3個(gè)工況，圖1a為右極限位置。安裝座最大受力18181 N，扭矩4.71E7 Nm。圖1b為中間位置，安裝座最大受力16304 N，扭矩4.11E7 Nm。圖1c為左極限位置，吊機(jī)安裝座最大受力16304 N，扭矩4.11E7 Nm。

圖1 吊機(jī)載荷工況提取

在隨后的吊臂提升及回轉(zhuǎn)工況中，隨著吊臂力矩的縮短，安裝座上的受力隨之變小。

3 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

圖2 吊機(jī)強(qiáng)度分析結(jié)果

根據(jù)上述分析得到的載荷工況，使用RADIOSS對(duì)該吊機(jī)安裝座進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。考慮振動(dòng)引起的動(dòng)載荷，靜力分析時(shí)吊機(jī)載荷按照從ADAMS中提取的力值的1.5倍施加。對(duì)該有限元模型進(jìn)行計(jì)算，得到如下圖2所示的應(yīng)力分布云圖，從左至右分別對(duì)應(yīng)圖1中的三個(gè)載荷工況。圖2a最大應(yīng)力為382 MPa，圖2b最大應(yīng)力為320 MPa，圖2c最大應(yīng)力為280 MPa，最大值均位于底板安裝處，該應(yīng)力值未超過(guò)材料Q550的屈服強(qiáng)度550 MPa。

將上述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果與原始結(jié)構(gòu)對(duì)比，可得到下表1：

表1 原始結(jié)構(gòu)與加強(qiáng)結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)比表

從表中可看出，結(jié)構(gòu)加強(qiáng)后重量略有增加（14%↑），但最大應(yīng)力值大幅度下降（68.6%↓），且最大應(yīng)力并未超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)也從0.45增大為1.44。加強(qiáng)后的吊機(jī)安裝座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足使用要求。

4 結(jié)論

對(duì)于類似挖樹(shù)車吊機(jī)的受力復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析之前，需要通過(guò)ADAMS仿真來(lái)獲得載荷工況，然后使用有限元強(qiáng)度分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析和優(yōu)化。通過(guò)使用該方法，在略微增加吊機(jī)安裝底座的同時(shí)，大幅提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安全系數(shù)。

[1] 汽車發(fā)展研究所. 2014年合格證數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告[EB/DK],北京:中國(guó)汽車技術(shù)研究中心,2015.

[2] MSC. Software Corporation. ADAMS Optimization Guide [M],1994(11).

[3] 譚繼錦,張代勝.汽車結(jié)構(gòu)有限元分析[M].北京:清華大學(xué)出版社.2009:88-118.

[4] 殷時(shí)蓉,賈永清,尹信賢.基于ADAMS的高空作業(yè)車舉升臂動(dòng)力學(xué)研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào).2011年05期：55-57.

Process Simulation and Analysis of an Crane Based on ADAMS

Gao Yijia1, Zhai Yunfei2
( 1.Shaanxi Poly Vehicles Manufacturing Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200; 2. Shaanxi Automobile Group Technical Center., Shaanxi Xi'an 710200 )

First ADAMS was used to simulate crane's lifting procedure of tree mover. All the load cases needed by statics analysis were then obtained. Second RADIOSS was used to compute stress and displacement of the mounting base of the crane. According to the analysis results, some improvements were applied. Finally a mounting base having enough strength and stiffness was obtained.

Crane Simulation; ADAMS; Load case recognize

U467.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)19-95-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.032

高一佳，(1982-)，碩士，工程師，現(xiàn)就職于陜西保利特種車制造有限公司，主要研究方向?yàn)檐娪弥匦涂ㄜ嚭脱b甲車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及動(dòng)力學(xué)分析等工作。