自行走搬運(yùn)小車的設(shè)計(jì)與仿真

魏彥哲，王新

（華北理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 唐山 063210）

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，汽車的保有量也增長(zhǎng)迅速，導(dǎo)致我國(guó)城市普遍存在著停車難的問題，立體車庫應(yīng)運(yùn)而生。平面移動(dòng)式立體車庫就是立體車庫發(fā)展的結(jié)晶，平面移動(dòng)式立體車庫適應(yīng)綜合化控制管理，適應(yīng)與立體車庫大型化、高自動(dòng)化的發(fā)展方向，[1-3]為解決停車難問題提供了新的途徑。

自行走搬運(yùn)小車是連接平面移動(dòng)式立體車庫和待搬運(yùn)車輛的紐帶對(duì)存車效率有著巨大的影響，是平面移動(dòng)式立體車庫的重要組成部分，成為立體車庫研發(fā)的關(guān)鍵。

1 搬運(yùn)小車設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 固定夾持距搬運(yùn)小車

為了在有限的設(shè)備空間盡可能多地存放更多的車輛，設(shè)備廠商按相關(guān)規(guī)范，規(guī)定車輛尺寸參數(shù)，設(shè)計(jì)出不同容車尺寸的立體車庫，或者在同一個(gè)立體車庫內(nèi)部分別劃分不同區(qū)域、分別容納不同尺寸的車輛，這就是區(qū)域劃分原理[1]。

對(duì)于夾持式搬運(yùn)小車，由于需要搬運(yùn)不同的汽車，利用調(diào)節(jié)夾持臂夾持距離實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)不同的車輛，這是個(gè)非常大的誤區(qū)。由于輪胎范圍較小，劃分區(qū)域輪胎范圍會(huì)更小，固定夾持距離完全可以實(shí)現(xiàn)。

1.2 待搬運(yùn)小車參數(shù)

參考德國(guó)大眾劃分車輛的標(biāo)準(zhǔn)，以軸距為標(biāo)準(zhǔn)將待搬運(yùn)車輛分為四個(gè)系列。第一系列軸距在2米到2.3米之間，第二系列軸距在2.3米到2.7米之間。第三系列軸距在2.5米到2.9米之間，第四系列軸距在2.7米到3.1米之間。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)最大車重為 2.5t，安全系數(shù) 1.3。計(jì)算得到搬運(yùn)小車搬運(yùn)汽車的極限重量為3.25t。

2 搬運(yùn)小車設(shè)計(jì)

2.1 搬運(yùn)小車結(jié)構(gòu)

夾持輪胎型搬運(yùn)小車主要包括五部分分別為伸縮機(jī)構(gòu)，夾持提升機(jī)構(gòu)，行駛機(jī)構(gòu)，制動(dòng)機(jī)構(gòu)，和plc控制感應(yīng)機(jī)構(gòu)[4-7]。搬運(yùn)小車詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 搬運(yùn)小車結(jié)構(gòu)

2.2 搬運(yùn)小車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

搬運(yùn)小車第一個(gè)特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)臂夾持機(jī)構(gòu)。夾持式搬運(yùn)小車通過夾持將待搬運(yùn)車輛夾起只要包括加持手臂的伸出與加持手臂的加持，老式橫向平移式手臂，機(jī)械手臂整體在搬運(yùn)小車橫向分布，當(dāng)搬運(yùn)小車進(jìn)入車底，機(jī)械手臂橫向伸出，再由夾持機(jī)構(gòu)縱向夾持，動(dòng)作繁瑣。該旋轉(zhuǎn)式手臂，機(jī)械手臂在搬運(yùn)小車邊部分布，當(dāng)搬運(yùn)小車進(jìn)入車底，機(jī)械手臂旋轉(zhuǎn) 180°機(jī)械手臂伸出，也就是說該結(jié)構(gòu)可以同時(shí)完成兩個(gè)動(dòng)作。旋轉(zhuǎn)式手臂動(dòng)作少，節(jié)省時(shí)間，空間占用率少，更試用與搬運(yùn)小車車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

表2 搬運(yùn)小車參數(shù)

搬運(yùn)小車第二個(gè)特點(diǎn)是前后車體伸縮機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)選用絲杠，絲杠母加連桿，來實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)小車軸向方向上的伸縮。本機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：構(gòu)件數(shù)目少，機(jī)構(gòu)工作時(shí)占用空間小，帶有自鎖功能，無需附加鎖緊原件。

2.3 搬運(yùn)小車參數(shù)

根據(jù)第二系列待搬運(yùn)車輛設(shè)計(jì)搬運(yùn)小車，搬運(yùn)小車詳細(xì)參數(shù)如表2所示。

3 搬運(yùn)小車運(yùn)動(dòng)仿真

3.1 搬運(yùn)小車導(dǎo)入和約束設(shè)置

1）仿真模型的建立

使用三維軟件CREO對(duì)所設(shè)計(jì)的搬運(yùn)小車實(shí)體建模，在導(dǎo)入ADAMS之前還需簡(jiǎn)化模型，比如將所有的軸承座和車體合并，夾持手臂輥?zhàn)雍蛫A持臂合并，簡(jiǎn)化導(dǎo)入ADAMS后的操作。因?yàn)锳DAMS不可以漢化，所有中文文件導(dǎo)入后都會(huì)亂碼或出現(xiàn)其他錯(cuò)誤，所以需要把所有零件保存成英式簡(jiǎn)體。還要將重復(fù)裝配部件分別命名，比如有兩個(gè)夾持手臂卻需要保存為8個(gè)夾持手臂裝配。

2）搬運(yùn)小車的導(dǎo)入與參數(shù)的設(shè)定

搬運(yùn)小車模型如圖2所示。導(dǎo)入模型后，首先要設(shè)置重量的方向，即垂直行走平面的負(fù)方向（此次仿真的Z方向）。導(dǎo)入到ADAMS軟件的搬運(yùn)小車模型，其各部件均無屬性參數(shù)，需對(duì)搬運(yùn)小車每個(gè)零件進(jìn)行材料的設(shè)定。

圖2 導(dǎo)入的簡(jiǎn)化搬運(yùn)小車模型

將模型導(dǎo)入到ADAMS中添加材料屬性后，需要對(duì)搬運(yùn)小車各部件之間添加運(yùn)動(dòng)副。運(yùn)動(dòng)約束副包含固定副、旋轉(zhuǎn)副、移動(dòng)副、圓柱副與螺旋副等。

3.2 搬運(yùn)器小車機(jī)構(gòu)仿真規(guī)劃

1）仿真效果

搬運(yùn)小車在平面移動(dòng)式立體車庫中主要完成搬運(yùn)小車前行﹑軸距的伸縮和夾持臂的夾持。以此設(shè)計(jì)仿真路線。0-10秒小車前進(jìn)1000mm，10-15秒小車前后伸縮，15-20秒加持手臂旋轉(zhuǎn)夾持，20-25秒小車再前進(jìn)1000mm，25-30秒夾持手臂還原。

3.3 仿真結(jié)果后處理

伸縮桿A（圖中為SHENSUOGANA)在Y方向（絲桿母在絲桿移動(dòng)方向）位移測(cè)量：0-10秒靜止，10-15秒移動(dòng)550mm，而且速度變化由快越來越慢，20-25秒再向前行走。測(cè)量結(jié)果如圖3所示：

如圖4所示為后半車體（圖中為HCHETI)行走方向的位移測(cè)量結(jié)果和前半部車體(圖中為 QCHETI)X 方向(前進(jìn)方向）的位移測(cè)量∶可以看出0-10秒前進(jìn)1000mm，10-15秒前后車體伸縮，相對(duì)距離變?yōu)?50mm，20-25秒前進(jìn)1000mm，0-10秒前后兩部分車體相對(duì)靜止，25-30秒相對(duì)靜止，表演示搬運(yùn)小車前行，同時(shí)和3圖表明伸縮軸距的實(shí)現(xiàn)。

圖3 伸縮桿A相對(duì)位置測(cè)量結(jié)果

圖4 距離對(duì)比

圖5 夾持臂旋轉(zhuǎn)角度

0-10秒小車駛?cè)肫嚨撞浚喈?dāng)于搬運(yùn)小車對(duì)準(zhǔn)待搬運(yùn)車輛的前輪，10-15秒調(diào)節(jié)軸距，相當(dāng)于搬運(yùn)小車對(duì)準(zhǔn)待搬運(yùn)車輛的后輪，15-20秒，夾持臂旋轉(zhuǎn)90°，相當(dāng)于搬運(yùn)小車通過夾持抬起待搬運(yùn)車輛，20-25秒小車前進(jìn)到預(yù)定位置，25-30秒夾持臂收回，相當(dāng)于搬運(yùn)小車將待搬運(yùn)車輛安全送達(dá)指定位置。同個(gè)輪胎夾持臂旋轉(zhuǎn)方向不同，角度剛好相反，同輪胎夾持臂旋轉(zhuǎn)角度如圖5所示，表明搬運(yùn)小車夾持的可行性。

4 結(jié)論

將待搬運(yùn)小車分類，固定搬運(yùn)小車夾持距，可以滿足實(shí)際要求，從而提高搬運(yùn)小車穩(wěn)定性。該搬運(yùn)小車加持機(jī)構(gòu)動(dòng)作簡(jiǎn)單，從而可以提高搬運(yùn)小車效率。整體設(shè)計(jì)滿足要求，更加平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積更小。在ADAMS軟件中對(duì)搬運(yùn)小車行走﹑伸縮﹑夾持過程進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果證明搬運(yùn)小車可以完成指定動(dòng)作。

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