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基于ADAMS的一種新型液壓尾門機構優化設計

2020-03-22 03:30:34孫智勇吳宏寶張峻方
機械工程與自動化 2020年1期
關鍵詞:分析

孫智勇,陳 光,俞 飛,李 軍,吳宏寶,張峻方

(山西航天清華裝備有限責任公司,山西 長治 046000)

0 引言

隨著人們生活水平的提高和社會信息化的進步,物流業發展日新月異,廂式運輸車集密封、安全、快速等一體的特點使其成為了一種重要的運輸工具[1-3]。作為廂式運輸車的一個關鍵部件,液壓尾門機構直接關系到物料的裝載效率。對于重載貨物,需要叉車等輔助車輛進行物料裝填,傳統的液壓尾門由于坡度大的原因,致使輔助車輛無法完成作業[4-5],因此本文提出了一種新型可折疊式液壓尾門,不僅可以作為尾門使用,還可以下放作為液壓爬梯,通過增加爬梯坡道長度以減小坡度,從而使得輔助車輛順利完成裝填作業。

本文介紹了新型折疊式液壓尾門機構的結構組成和工作原理,分析了該機構的結構特點,并利用ADAMS軟件建立虛擬樣機,對其進行了優化分析。

1 折疊式液壓尾門機構組成

折疊式液壓尾門安裝在廂式運輸車后,其結構組成如圖1所示,主要由內門1、外門2、尾門油缸3、撐桿4、支腿5和滾輪6組成。

圖1 折疊式液壓尾門機構組成

其中,內門1通過鉸軸連接在底盤連接塊0上,外門2、支腿5和內門1通過一根鉸軸鉸接,滾輪6鉸接于外門2尾部,尾門油缸3一端和撐桿4一端通過同一鉸軸鉸接于底盤連接塊0上,尾門油缸3另一端鉸接于內門1上,撐桿4另一端采用長圓孔結構鉸接于外門2上。

2 折疊式液壓尾門機構的工作原理

尾門油缸3是折疊式液壓尾門機構的動力源,其工作過程分為上升和下放兩個互逆過程,分別由尾門油缸的伸出和收回實現。液壓尾門下放過程如圖2所示,具體步驟見表1。

圖2 折疊式液壓尾門下放過程

表1 折疊式液壓尾門下放過程分解

當尾門油缸活塞桿伸出,內門上翻,撐桿拉動外門收回,尾門上升,直至全部折疊于廂式運輸車尾部。

3 折疊式液壓尾門機構分析

折疊式液壓尾門運動過程共有兩種工況:①滾輪未接觸地面;②滾輪接觸地面。要使機構實現預期的確定運動,機構自由度F必須滿足下列要求[6]:

(1)F>0。

(2)F的數量等于原動件的數量。

3.1 工況1

圖3為折疊式液壓尾門工作過程中滾輪未接觸地面機構簡圖(支腿和滾輪在該工況中不參與機構運動,在機構分析中將其忽略)。圖3中,A、B、C、D、E分別為鉸接回轉中心,1、2、3為連桿,4為尾門油缸活塞桿,5為尾門油缸缸筒,則自由度F為:

其中:n為活動構件數目,n=5;Pl為低副數目,Pl=7;Ph為髙副數目,Ph=0。

3.2 工況2

圖4為折疊式液壓尾門工作過程中滾輪接觸地面機構簡圖(在該工況中支腿不參與機構運動,撐桿與外門連接處采用長圓孔也不參與機構運動,在機構分析中將其忽略)。圖4中,3為尾門油缸活塞桿,4為尾門油缸缸筒,5為滾輪。由圖4可知,構件數n=5,低副數Pl=7,高副數Ph=0,則自由度F為:

圖3 折疊式液壓尾門機構工況1簡圖

圖4 折疊式液壓尾門機構工況2簡圖

該機構中尾門油缸活塞桿為唯一主動件,因此F等于主動件數目,兩種工況均滿足運動要求。

4 折疊式液壓尾門機構受力分析

在折疊式液壓尾門的上升和下放過程中,尾門油缸作為唯一主動件需要克服所有其他外力。因為上升和下放為互逆過程,這里僅進行下放過程受力分析。結合某型號廂式運輸車液壓尾門下放初始狀態參數(見表2),利用ADAMS建立折疊式液壓尾門機構虛擬樣機 ZDSYYWM[7-8],如圖5所示。

表2 折疊式液壓尾門機構參數

圖5 折疊式液壓尾門機構虛擬樣機

經虛擬樣機仿真分析可得內門從0°開啟到103°過程中尾門油缸受力情況,如圖6所示。

5 折疊式液壓尾門機構優化分析

根據折疊式液壓尾門機構簡圖分析可知,在機構運動過程中尾門油缸安裝位置是影響其受力的主要因素。因此對點A、C進行參數化設計,具體坐標見表3。

圖6 尾門油缸受力曲線

表3 點A、C參數設計

為使尾門油缸受力平穩,建立尾門油缸受力大小測量值.ZDSYYWM.JOINT_1_MEA_1,以式(3)為目標函數進行機構優化[9-10]:

其中:f(i)為尾門油缸受力。

優化結果如圖7所示。

圖7 優化后尾門油缸受力曲線

對比圖6、圖7可見,優化后尾門油缸受力最大值更小,受力曲線更平滑,受力更平穩,壽命更長。

6 結語

介紹了一種新型折疊式液壓尾門機構的結構組成和工作原理,分析了該機構的結構特點。利用ADAMS軟件建立虛擬樣機,分析了其受力情況,并對其進行了優化分析,提高了尾門油缸的使用壽命,對廂式運輸車液壓尾門的設計具有一定的參考意義。

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