基于ANSYS的地下停車庫升降平臺設計與分析

李培 周道鴻 葛園園

摘要：首先采用Pro/E軟件對地下停車庫升降平臺進行三維建模;其次采用ANSYS軟件對升降平臺的三維模型中的支架、支撐桿、升降平臺、軸承分別進行仿真分析，并得出每部分的位移變化云圖和應力變化云圖，通過分析得出每部分位移和應力變化最大的位置，即危險位置;最后針對分析結果進行升降平臺三維建模的改進.

關鍵詞：升降平臺;三維建模;仿真分析;模型改進

中圖分類號：TH211? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）08-0066-03

隨著社會的發展，汽車的需求量迅速增加，車輛的停放已成為亟待解決的問題之一.因此，對立體車庫、地下停車庫的研究具有重要意義.目前，地下停車庫升降平臺的驅動力多用液壓驅動，設計成本低、高效、可靠、節能的液壓系統對推進液壓技術在地下停車工程中的應用有重要意義.

本文采用Pro/E軟件對地下停車庫升降平臺進行三維建模，采用ANSYS軟件對三維模型進行仿真分析，對結構中出現應力較大部分進行改進，得出改進后的模型.為地下停車庫液壓式升降平臺的構型設計和控制系統的設計提供研究基礎.

1 側置式液壓缸升降機構的設計

1.1 側置式液壓缸升降機構的結構概述

側置式液壓缸升降機構[1]具有6個部分組成如圖1所示，即支架、支撐桿、升降平臺、軸承、鏈輪和鏈條，其工作過程為：液壓缸推動支撐桿上升，支撐桿上裝有鏈輪，通過鏈輪和鏈條的嚙合帶動升降平臺在支架滑槽內移動.

1.2 側置式液壓缸升降機構的優缺點

由于液壓缸的行程有限，并且隨著液壓缸行程的增加其制造成本和難度也加大.采用側置式液壓缸升降機構[2]配合鏈輪組使升降行程得到放大，并且具有傳動平穩、平均傳動比準確、過載能力強以及環境的適應性強等優點，但由于鏈輪鏈條的使用，使得該機構的傳動噪聲較大.

1.3 側置式液壓缸升降機構的參數

1.4 側置式液壓缸升降機構的三維建模

采用Pro/E軟件對側置式液壓缸升降機構進行三維建模[3]，如圖1所示.

2 側置式液壓缸升降機構的仿真分析

將液壓升降平臺的三維模型導入到ANSYS軟件中，并對其進行靜力分析[4-5].液壓升降平臺主要受力部分為：支架、支撐桿、升降平臺、軸承，因此分別對這四個部分進行仿真分析.

2.1 支架的仿真分析

支架的位移變化云圖和應力變化云圖如圖2和圖3所示.

通過分析得出：整個支架的位移變化量在4.36×10-4-7.61×10-1mm，相差3個數量級，位移變化差距較大，但與平臺的尺寸相比變化不大;整個支架的應力變化量在2.22×10-10-8.13MPa，相差10個數量級，應力變化差距較大，并且與液壓缸接觸以及和鏈條鉸接的地方應力變化量最大，因此與這兩處在整個支架中最危險，應進行改進.

2.2 支撐桿的仿真分析

支撐桿位移變化云圖和應力變化云圖如圖4和圖5所示.

通過分析得出：整個支撐桿的位移變化量在0-1.68mm，位移變化差距不大，但與液壓缸接觸的地方位移變化量最大;整個支撐桿的應力變化量在1.25×10-12-42.68MPa，相差12個數量級，應力變化差距較大，并且與液壓缸接觸以及鏈輪中心的地方應力變化量最大，因此與這兩處在整個支撐桿中最危險，應進行改進.

2.3 升降平臺的仿真分析

升降平臺的位移變化云圖和應力變化云圖如圖6和圖7所示.

通過分析得出：整個升降平臺的位移變化量在0-0.26mm，位移變化差距不大;整個升降平臺的應力變化量在1.62×10-6-9.49MPa，相差6個數量級，應力變化差距較大，并且與鏈條鉸接處應力變化量最大，因此該處在整個升降平臺中最危險，應進行改進.

2.4 軸承的仿真分析

選用的是深溝球軸承代號6309軸承的外徑是100mm，內徑是45mm，軸承的寬度是25mm，軸承的材質為GCr15，彈性模量為219GPa，泊松比為0.3，密度為7830Kg/m3，淬火加回火后，屈服強度： 1667-1814MPa.分析軸承在3000N的壓力載荷作用下的剛度和強度情況.軸承的位移變化云圖和應力變化云圖如圖8和圖9所示.

通過分析得出：整個軸承的位移變化量在0-0.0032mm，位移變化差距不大，但軸承與支撐架接觸的底部位移變化量最大;整個軸承的應力變化量在0.038-64.75MPa，應力變化差距較大，并且軸承與支撐架接觸的底部軸承的內圈以及滾動體所受應力較大，因此該處在整個軸承中最危險，應進行改進.

3 側置式液壓缸升降機構優化

3.1 優化部分說明

根據升降平臺的位移分析及受力分析，對升降平臺中每一部分較危險的部分進行改進，具體優化方案如下：

（1）支架中，由于與液壓缸接觸以及和鏈條鉸接的地方應力變化量最大，這兩處在整個支架中最危險，因此對其進行改進，即①將兩組鏈輪鏈條傳動改成了4組鏈條對稱拉升，既解決了平臺的傾斜問題，又減少了鏈條與接觸點的接觸應力;②在支架與液壓缸的底部接觸的下部增加一支撐桿，增加支架的強度.

（2）支撐桿中，由于與液壓缸接觸以及鏈輪中心的地方應力最大，這兩處在整個支撐桿中最危險，因此對其進行改進，即①加兩個V形支撐桿，以減小支撐桿底部的受力;②增加4個鏈輪，以減少每個鏈輪中心的受力.

（3）升降平臺中，由于與鏈條鉸接處應力最大，該處在整個升降平臺中最危險，因此對其進行改進，即將兩組鏈輪鏈條傳動改成了4組鏈條對稱拉升，以解決單個鏈條受力較大的問題.

（4）通過以上改進，可以使支撐架受力較均勻，從而減少軸承應力的值.

3.2 改進后的液壓升降平臺三維模型

通過改進，得出改進后的液壓升降平臺三維模型，如圖10所示.

4 結論

利用Pro/E軟件對液壓升降平臺進行三維模型，并且利用ANSYS軟件對液壓升降平臺三維模型中支架、支撐桿、升降平臺、軸承進行仿真分析，得出每個部分的位移云圖和應力云圖;通過分析得出每一部分的危險位置，并對該位置進行優化，得出優化后的結構.為液壓升降平臺的構型設計及控制部分的研究提供基礎.

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參考文獻：

〔1〕劉蕾，高偉光.剪叉式升降平臺設計及應用研究[J].航空精密制造技術，2018（01）：56-59.

〔2〕陸天宇，雍嘉浩，等.老舊小區立體車庫節能式液壓升降系統的設計[J].傳動技術，2018（03）：36-39.

〔3〕盧浩，王春.自動升降平臺設計研究[J].機械工程師，2018（12）：74-76，81.

〔4〕張雨佳，張凱，等.某型升降平臺托架機構有限元分析[J].內燃機與配件，2018（01）：66-67.

〔5〕楊鵬.升降平臺動力學仿真與強度分析[D].哈爾濱工程大學，2019.3-6.

〔6〕楊衛.東風4B內燃機車柴油機運轉故障的分析與處理[J].長春大學學報，2019（06）.