运动干涉分析.doc

货箱与T式举升机构三角臂运动干涉分析 在自卸车T式举升机构设计中，如果各部件铰接点位置和三角臂几何形状设计不当，则在举升过程中三角臂与货箱底部可能发生运动干涉，严重时会导致油缸等部件损坏，举升机构失效。本文利用多缸体动力学理论从运动学和动力学角度分析了T举升机构干涉问题，并利用ADAMS建立了考虑运动干涉的T式举升机构参数化模型，分析了干涉存在时油缸推力变化情况，并开发了能够进行干涉检查的T式举升机构设计模块。1、T式举升机构参数化模型的建立T式举升机构三角臂在初始位置时，P3点与货箱底部留有一定距离。在举升过程中，由于P3点与货箱底部上升速度不一致，因此如果举升机构各铰接点位置布置不当，则在举升初始阶段，就会出现如图1的干涉现象，即P3点运动到P3时与货箱底板接触。当干涉出现后就会出现运动学和动力学问题。 从运动学的角度讲，在发生干涉的短暂时间内，三角臂P3点与货箱底部以相同的速度运动，三角臂连杆放大式的运动关系被短暂的直顶式运动关系所替代，这种运动的破坏虽然不会导致举升机构出现卡死现象，但会引起一系列动力学问题的产生。三角臂P3点与货箱底部相碰撞，产生瞬间的接触力；油缸推力大幅波动，从而造成油缸或拉杆等部件破坏失效。对干涉进行检查和分析，需要从运动学和动力学两方面入手。从运动学角度出发，希望得到三角臂干涉点相对于货箱底部的干涉量大小，这可通过计算举升过程中P3点到货箱底面的垂直距离来实现，该距离为零时表示三角臂和货箱发生干涉。因此在ADAMS中编制P3点到货箱底部的垂直距离h计算函数，并用Measure工具创建该距离的测量。通过对模型进行仿真可以在后处理中得到一条距离变化曲线，并可以从曲线中直接读出干涉量，进而指导设计方案的调整。从动力学范畴来考虑，三角臂和货箱接触瞬间伴随着冲击力突变、油缸推力突变和三角臂各铰接点受力突变等情况，因此在货箱和三角臂之间创建一对接触，这样就能在后处理中得到冲击力和油缸推力变化曲线。最后将模型中所有坐标点和计算量参数化，通过观察干涉量的大小，可以对设计方案做出方便的调整。为了便于修改各参数，本文还利用ADAMS的二次开发功能，设计针对T式举升机构运动干涉检查的模块，如图2。2、运动学干涉检查运动干涉检查必须能够给出干涉发生时的举升角、干涉区间和最大干涉量，以便根据这些量调整举升机构布置、改进设计、消除干涉、保证举升机构的安全可靠。货箱在举升过程中，当举升角=0时，三角臂P3点到货箱底部的初始距离h=h0；在前期某段举升时间内，三角臂P3点的上升速度大于货箱底部相应点的上升速度，P3点至货箱底部的垂直距离逐渐变小，当h=0时即产生干涉现象，此时举升角为1。如果不考虑货箱底板对三角臂P3点的限制，随后P3点会跨越货箱底部，运动到货箱内部，此时h逐渐增加，达到局部峰值点A，如图3所示。之后虽然P3点仍在货箱内部，但随着举升角的增加其上升速度会慢于货箱底部相应点的上升速度，h值开始逐渐减小，当=2时，h再次为0。随着举升角的继续增加，P3将穿过货箱底部回到货箱下方，这是运动干涉现象结束。因此我们定义1为干涉发生时的举升角，1，2为干涉区间，峰值A点对应的h m a x为最大干涉量。 以5 5 t举升吨位为例，研究T式自卸车举升机构三角臂和货箱的运动干涉问题，按严重干涉、轻微干涉和无干涉三种情况分别进行计算。假设自卸车在初始设计时就出现了比较严重的干涉现象，经计算初始干涉举升角1为0.94，干涉区间为0.94，5.22，最大干涉量hmax=32.88mm。根据这些干涉参数，重新布置举升机构，即可解决干涉问题，然后进一步调整至无干涉状态。三种情况下的曲线如图4，干涉参数如表1。另外，在对模型进行运动仿真的过程中，举升机构与货箱底部一旦产生干涉，设置的感应器可立刻发出警报。3、动力学干涉检查在实际工作中，P3点不可能穿过货箱底板，因为当干涉出现时P 3点会与货箱底板产生接触甚至冲击，这时油缸推力和拉杆受力均会产生大幅波动导致系统损坏。这可从动力学角度对干涉进行仿真计算。仍对上述三种情况进行动力学仿真，在三角臂和油缸之间施加接触，以阻止三角臂穿越底板，得到的油缸推力曲线和冲击力曲线如图5和图6所示。在图5中，曲线对应情况为发生干涉，油缸推力处于正常状态，最大值为1.07106N；曲线为轻微干涉情况下油缸推力曲线，推力最大值在干涉时明显增加，达到3.7106N，约为无干涉时的3倍；曲线为严重干涉情况下油缸推力曲线，在干涉发生时推力峰值急剧大幅上升，达到2.55107N，比未干涉情况高出一个数量级，这个数量级相对于正常设计的举升机构是无法承受的，必将导致举升机构的失效。从图中还可以看出严重干涉时三角臂和货箱还出现了二次碰撞。因此从上面运动学仿真计算干涉量和干涉区间，并据此调节举升机构的布置避免干涉是必要的。 所以，在干涉出现时举升机构的受力情况会出现巨大的波动，一般会导致举升机构的破坏，所得结果与实际车辆干涉发生时导致的损坏相符。运动学仿