基于ADAMS的門座起重機鋼絲繩動力學仿真

王運輝

摘要：ADAMS的門座起重機鋼絲繩動力學是在采用Polyline建模以及離散化建模相結合的形式，并根據門座起重機鋼絲繩的特點，經過模擬的測驗的方法。這種方法能夠使仿真度得到提高，主要能實現鋼絲繩的纏繞方式，真是反映了振動對系統的影響。

關鍵詞：ADAMS；門座起重機；鋼絲繩；動力學分析

門座起重機的結構特點具有變幅、運行、起重以及回轉，在起重機的種類中受力比較復雜的一類起重機，發廣泛運用于各大港口、碼頭、以及較大的建筑工程中。

1 鋼絲繩建模方法的種類

1.1 離散化建模

1.1.1 離散化建模的特性

離散化建模主要是將整段的鋼絲繩離散為多個剛性個體，然后將這些個體進行重新連接，這種方法是為了模擬鋼絲繩的韌性。這些剛性圓柱體主要通過相對于整段鋼絲繩的長度足夠小的時候，尤為凸顯了鋼絲繩在力學上比較柔韌的特征，而這些剛性體在模擬鋼絲繩的過程中主要依靠與滑輪的接觸，從而實現轉動與纏繞。

1.1.2 離散建模法的優缺點

這樣做的優點在于他能夠實現鋼絲繩和滑輪間的卷繞活動。然而這樣做也有其缺點，就是這種建模方法的模型比較大、對仿真動力的參數影響較大，而且仿真的效率比較低。

1.2 Polyline簡化建模

1.2.1 Polyline簡化建模的特性

Polyline的建模方法主要是實現機械系統的運動，這種建模方法主要是為了實現鋼絲繩在與滑輪同步運動過程中，振動對于系統的影響。

1.2.2 對于Polyline建模方法的假設

基于這種建模方法有下面幾種假設：①鋼絲繩與滑輪間在不存在相對滑動出現的情況；②鋼絲繩質量、摩擦不計的情況下有哪些問題；③鋼絲繩在運動中始終處于緊繃的狀態對于建模成型后的影響。

1.2.3 Polyline離散化建模的優缺點

Polyline離散化建模優點主要是，建模的方法比較簡單，仿真率也是比較高的，且能夠有效地傳遞鋼絲繩與滑輪之間的運動。其缺點是不能反映振動對系統的影響。

1.3 離散化建模與Polyline簡化建模的對比

根據離散化建模的缺點，隨著鋼絲繩長度的增加，相應的離散體的數量也在增加，導致了仿真的時間隨之拉長。相對于離散化建模，Polyline簡化建模具有較高的仿真率，且時間也較少，因此在建模過程中能夠有效反應鋼絲繩的受力情況。

2 門座起重機中仿真動力學ADAMS與Pro/E比較

在動力學仿真軟件上，主要以CAD軟件中的Pro/E以及CAE軟件中的ADAMS為主，而這兩種技術的聯合使得動力學仿真技術更加成熟與實用。ADAMS本身具有三維建模的技術，但是對于門座起重機的建模還是有一定的能力限制，因此在建模過程中需要ADAMS與Pro/E彼此合作來完成建模任務。

2.1 Pro/E中MQ1625的建模

2.1.1 MQ1625的建模方案

Pro/E中MQ1625的在建模中有以下幾項原則：①能夠單獨建立大型的相對運動的零部件；②這種建模方法不影響主體結構的動力學仿真以及其他結構，在不影響技術參數的情況下降低難度提高建模計算速度；③主要建立起重機模型的主體。

2.1.2建模中數據傳遞方式

Pro/E與ADAMS間數據傳遞方式主要有兩種，一種是通過為ADAMS專門開發的Pro/E專用接口進行數據的直接傳遞；另一種是通過ADAMS與Pro/E都可以識別的文件，比如Xt、step以及iges等。

2.2 ADAMS仿真動力學建模

2.2.1 ADAMS的前處理

ADAMS的文件主要靠外部導入，因此在進行仿真動力學錢要進行前處理的工作。ADAMS與Pro/E是兩款不同的軟件，兩者間在數據傳遞時一定存在著漏洞，而ADAMS的前處理工作主要是將兩者在數據傳遞過程中丟失的零件信息進行找回。

2.2.2 模型重命名

由于ADAMS通過外部導入傳遞零件，而在大型建模過程中，需要對這些零件進行重命名，以便識別這些零件，在國內一般采用拼音來代替零件的名稱。

2.2.3 質量屬性的賦值

質量屬性的賦值，是為了ADAMS在數據傳遞過程中丟失的零件文件，導致參數丟失，需要通過質量的屬性對這些丟失的零件參數進行重新賦值。這種質量賦值一般采用的是輸入密度的方式，這種方式好處在于修改密度能夠使零件結構的質量和設計值比較相近。以此同時，質量的重新賦值，系統也會對轉動慣量的參數進行自動計算。

2.2.4 在建模中添加運動約束

添加運動約束，是為了改變建模是模型的運動方式，使得仿真動力的成功運用起到決定作用。起重機在轉動的過程中起到重要作用，但在添加運動約束后，降低了轉動的效果，約束的命名上也要以后續檢查和維修的需要，將名稱簡單化，方便識別。

2.2.5 典型的運動仿真注意點

（1）初始狀態。典型工況下，運動仿真主要是結合門座起重機的在實際運用好中遇到的情況，對ADAMS的運動路線進行規劃。初始狀態下臂架擺動平面英語門座起重機的軌道相垂直，并使其處在最大幅度的范圍，起吊的額定載荷靜止不動。

（2）起升電機時。起升電機時在不考慮振動影響的情況下，分別選取臂架的下鉸點、上鉸點、象鼻梁與大拉桿鉸點、大拉桿與人字架鉸點的受理情況進行分析。

由于起重機的變幅、回轉、起升的過程中，受力情況的波動與實際情況基本吻合。而模型多為多剛體模型，鏈接過程中沒有采取韌性連接，使得曲線比較平滑，這種情況也符合建模。

3 總結

本文通過離散化建模與Polyline建模的特性進行比較，選擇適合門座起重機鋼絲繩系統的建模方法，根據它們的優缺點，合理完善建模方法，提高建模過程的效率，對建模方法進行分析，解決困難點。而利用Pro/E和ADAMS這兩種建模軟件，能夠有效地解決建模中運動仿真的實用可行性。通過這兩個軟件的結合使用解決了起重機建模過程中的各種困難，為門座起重機的設計制造提供了重要的幫助。

參考文獻：

[1]黃祥聲，曾欽達.基于ADAMS的門座起重機鋼絲繩動力學仿真[J].起重運輸機械，2012，（07）：109112.