基于SolidWorksMotion的随车吊主要工作装置仿真

Harris · 发表于 2013-11-6 08:34:02

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随车吊又称随车起重运输车，是指装有随车起重机，能实现货物自行装卸和运输的专用汽车。随车吊主要工作装置包括立柱、动臂、吊臂(包含伸缩臂1、伸缩臂2和伸缩臂3)。本文以SolidWorks软件为平台建立随车吊主要工作装置的三维实体模型，并应用SolidWorks Motion对其进行仿真分析。

1 三维实体建模

借助SolidWorks的实体建模功能，采用自底向上的设计方法，先对随车吊主要工作装置各零部件进行三维实体建模，再通过装配关系构建主要工作装置的三维实体模型，如图1所示。

图1 主要工作装置的三维实体模型

2 仿真模型的建立

以随车吊主要工作装置的展开，吊装作业，撤收三种典型工况为例进行模拟仿真，展开工况的初始状态如图1所示，坐标如图2所示。吊装工况的初始状态为展开工况的结束状态，撤收工况的初始状态为吊装工况的结束状态。仿真过程中对各液压缸所施加的运动驱动以主要工作装置实际运动时间和随车吊液压缸的理论行程为主要依据。

2.1 激活插件

启动SolidWorks Motion，并在SolidWorks中打开主要工作装置的装配体文件，设置底座为静止部件，其余部件为运动部件然后右键生成新运动分析算例，选择分析类型为“Motion分析”。

2.2 展开工况仿真模型的建立

2.2.1 支腿展开

主要工作装置展开之前，为保证吊装作业具有足够的稳定性，手拉梁与支腿先行展开。在手拉梁外端面分别添加位移驱动，驱动函数为step(time，0，0，15，700)，两支腿液压缸线性马达位移驱动函数为step(time，15，0，25，200)。

2.2.2 主要工作装置展开

动臂的运动轨迹是以动臂与立柱的绞点为中心，以该绞点至动臂与吊臂的绞点的距离为半径的圆弧线。动臂液压缸线性马达位移驱动函数为step(time，25，0，55，360)。伸缩臂1的运动轨迹是以动臂与吊臂的绞点为中心，以伸缩臂1的长度为半径的圆弧线。伸缩臂1液压缸线性马达位移驱动函数为step(time，0，0，55，0)+step(time，55，0，80，430)。伸缩臂2液压缸线性马达位移驱动函数为step(time，0，0，80，0)+step(time，80，0，105，1600)，伸缩臂3液压缸线性马达位移驱动函数为step(time，0，0，90，0)+step(time，90，0，115，1600)。

2.3 吊装作业工况仿真模型的建立

吊装作业仿真是在主要工作装置展开的基础上进行的，标记点在吊环的中心。吊环的运动轨迹是以动臂与立柱的绞接点为中心，以此绞接点到吊环中心的距离为半径的圆弧线，动臂液压缸线性马达位移驱动函数为step(time，55，0，120，0)+step(time，120，0，150，320)，实现起吊货物的举升。立柱与底座的回转液压缸旋转马达位移驱动函数为step(time，0，0，150，0)+step(time，150，0，175，90d)，把货物吊至后车厢上。

2.4 撤收工况仿真模型的建立

撤收工况仿真是在完成吊装作业的基础上进行的，回转液压缸旋转马达位移驱动函数为step(time，180，0，205，-90d)，伸缩臂3液压缸线性马达位移驱动函数为step(time，200，0，225．-1600)，伸缩臂2液压缸线性马达位移驱动函数为step(time，190，0，215，-1600)，伸缩臂1液压缸线性马达位移驱动函数为step(time，225，0，250，-430)，动臂液压缸线性马达位移驱动函数为step(time，240，0，255，-680)，两个支腿液压缸线性马达位移驱动函数都为step(time，255，0，270，-200)，两个手拉梁线性马达位移驱动函数都为step(time，270，0，285，-700)。

3 仿真与分析

3.1 展开工况的仿真

在Motion中设定仿真时间为115 S，仿真帧的数目为25，进行仿真计算。在仿真结果中选择轨迹跟踪，可跟踪吊环中心标记点的运动轨迹，如图2所示，图中下侧圆弧为吊臂在展开工况时，立柱液压缸由全缩到半伸状态，其余液压缸由全缩到全伸状态时吊环中心标记点的运动轨迹。由吊环中心标记点沿方向的位移曲线(如图3所示)可知此工况下随车吊极限伸距是6.37 m(吊环中心距回转中心)。由吊环中心标记点沿Y方向的位移曲线，得到随车吊在此工况下最大举升高度为2.4 m。

图2 展开工况时吊环中心的标记点运动轨迹分页

图3 吊环中心沿方向的位移曲线

3.2 吊装作业工况的仿真

在Motion中设定仿真时间为58S，仿真帧的数目为25，进行仿真计算。在仿真结果中选择轨迹跟踪，可跟踪吊环中心标记点的运动轨迹，由吊环中心标记点沿Y方向的位移曲线(如图4所示)可知随车吊在此工况下最大举升高度为5.34 m；由吊环中心标记点沿方向的位移曲线，可得随车吊吊运物资到伸入后车厢的最远距离为3 m。

图4 吊环中心沿Y方向的位移曲线

3.3 撤收工况的仿真

在Motion中设定仿真时间为105 S，仿真帧的数目为25，进行仿真计算。在仿真结果中选择轨迹跟踪，可跟踪吊环中心标记点的运动轨迹，由吊环中心标记点沿z方向的位移曲线，可得出随车吊在撤收时横向与其它物体发生运动干涉的范围是0-2.2 m。

3.4 结果分析

由三种工况下吊环中心标记点的运动轨迹以及方向的位移曲线，可得随车吊极限伸距是6.37 m，最大举升高度为5.34 m，此数据与要求的样机技术性能参数比较接近；各工况下的位移曲线走势符合物理样机吊环中心位移的实际变化趋势，从而证明了运动仿真的合理性与正确性。

4 结论

采用SolidWorks软件建立了随车吊主要工作装置各零部件的三维实体模型，并装配得到了主要工作装置的三维实体模型，为后续的仿真奠定基础。以机构的运动仿真平台SolidWorks Motion为工具，建立随车吊吊臂在展开、吊装作业和撤收三种工况下的仿真模型，在三种工况下进行了仿真，对仿真结果进行了分析，证明了运动仿真的合理性与正确性。

以SolidWorks Motion为平台在计算机上创建虚拟样机来模拟复杂机械系统的整个运动，从而达到改进设计质量、节约成本、节省时间的目的。