王中原 李宣 蘇小華

摘 要：為研究無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備四桿升降機構(gòu)的運動規(guī)律和驅(qū)動裝置的受力情況，采用SOLIDWORKS三維制圖軟件對四桿升降機構(gòu)進行三維建模，利用ADAMS運動學仿真軟件對四桿升降機構(gòu)運動過程進行模擬分析得到四桿升降機構(gòu)的驅(qū)動力，為驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計提供重要依據(jù)，根據(jù)分析結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式。

關(guān)鍵詞：側(cè)方位無避讓停車;ADAMS仿真;受力分析

中圖分類號：U495? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）13-87-03

Design of Lifting Mechanism of Non Avoiding Side Direction Stereo Parking

Equipment Based on ADAMS

Wang Zhongyuan， Li Xuan， Su Xiaohua

（Northern Heavy Industries Group Co.， Ltd.， Liaoning Shenyang 110141）

Abstract： In order to study the motion law of the four-bar lifting mechanism and the force condition of the driving device of the three-dimensional parking equipment without avoidance. Creating a four-bar elevator for 3D modeling by solidWorks. The driving force of the four-bar lifting mechanism is obtained by using ADAMS software to simulate the motion process of the four-bar lifting mechanism， which provides an important basis for the design of the driving system. According to the analysis results， the structure is optimized， and the optimal structure form is obtained.

Keywords： Parking without lateral collision avoidance; ADAMS simulation; Stress analysis

CLC NO.： U495? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）13-87-03

引言

隨著計算機輔助設(shè)計的出現(xiàn)和發(fā)展，讓人們看到了變革傳統(tǒng)機械產(chǎn)品設(shè)計的曙光，人們逐步將計算機輔助設(shè)計融入到機械產(chǎn)品設(shè)計中，通過計算機軟件處理的相關(guān)技術(shù)將具體的實物造型展示在眼前，并利用計算機輔助設(shè)計技術(shù)對其進行分析[1]。這使得機械產(chǎn)品的設(shè)計周期大大縮短，可靠性大大提升，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，同時也使得產(chǎn)品更加適合批量化生產(chǎn)。

目前我國城市經(jīng)濟和汽車工業(yè)的發(fā)展迅速，機動車輛平均增長速度遠大于城市停車基礎(chǔ)設(shè)施的平均增長。立體停車設(shè)備以其占地面積少、停車率高、布置靈活、高效低耗、性價比高、安全可靠等優(yōu)點，越來越受到人們的青睞[2]。無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備正是其中具有代表性的一種[3]。

無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備由下橫移裝置、上載車板、四桿升降機構(gòu)等主要部件構(gòu)成。在設(shè)計中我們引入數(shù)字化設(shè)計，分別采用運動學仿真分析軟件ADAMS和機械設(shè)計軟件SolidWorks，分別對設(shè)備進行運動學及動力學仿真，通過分析各運行姿態(tài)，得出無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備最優(yōu)結(jié)構(gòu)和受力情況，為驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計提供重要依據(jù)[4]。

1 工作原理

四桿升降機構(gòu)的設(shè)計是無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備的難點。四桿升降機構(gòu)連接上載車板和立柱，通過驅(qū)動裝置對四桿機構(gòu)施加驅(qū)動力，改變四桿形狀，使上載車板完成升降運動。

圖1為四桿升降機構(gòu)的側(cè)視圖，其工作原理為：驅(qū)動裝置7兩端安裝于四桿升降機構(gòu)和底座，作為整個升降機構(gòu)的驅(qū)動力。驅(qū)動裝置將驅(qū)動力傳遞到四桿升降機構(gòu)4，帶動四桿升降機構(gòu)形狀改動。載車板1與四桿升降機構(gòu)4和前臂2連接，隨著四桿升降機構(gòu)形狀改變，帶動載車板升降，實現(xiàn)上下運動。由于四桿升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)復雜，運動過程中不同的姿態(tài)驅(qū)動裝置的受力大小也不同，為研究四桿升降機構(gòu)在整個升降過程中驅(qū)動裝置和各鉸接點的受力情況，本文采用虛擬運動學仿真方式進行分析，既省去繁瑣的計算，又能得到更直觀準確的結(jié)果。

2 建立ADAMS實體模型

ADAMS作為專業(yè)的運動學和動力學仿真分析軟件，其擁有強大的仿真功能，但其實體建模功能較弱，尤其是復雜的幾何模型。為減少設(shè)計周期和計算量，本文采用SOLID WORKS進行四桿升降機構(gòu)的實體建模，如圖2所示。

從SOLIDWORKS模型中發(fā)現(xiàn)，四桿升降機構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，為減小ADAMS計算量，可以將模型簡化，取四桿升降機構(gòu)的一側(cè)進行建模，將上載車板簡化，將簡化后的模型導入到ADAMS中，建立ADAMS實體模型，如圖3所示。

根據(jù)四桿升降機構(gòu)的實際運動狀態(tài)，在ADAMS中對已建立四桿升降機構(gòu)各鉸接點施加約束，添加負載質(zhì)量、運動副摩擦系數(shù)等參數(shù)，完成ADAMS運動學仿真前的準備工作。

3 仿真結(jié)果分析

通過對四桿升降機構(gòu)ADAMS模型進行運動學仿真，并提取四桿升降機構(gòu)各鉸接點和驅(qū)動裝置的受力值，得到如下結(jié)果，如圖4所示。

從ADAMS的仿真結(jié)果中發(fā)現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)限制，四連桿升降機構(gòu)驅(qū)動裝置的位移短，因此驅(qū)動力過大，若要滿足此驅(qū)動力，驅(qū)動裝置體積將非常大，無法布置，成本也會大大增大。加之各鉸接點受力也非常大，最大值分別為250KN、100KN、250KN，若要承受此力鉸接點連接銷軸的直徑將很大，從結(jié)構(gòu)合理性、制造成本等方面都不合理。

通過各鉸接點對受力曲線的深入分析發(fā)現(xiàn)，四桿升降機構(gòu)在運動的初期各鉸接點的受力都非常大，但當其運動過某一點后鉸接點的受力明顯下降，說明在四桿機構(gòu)的運動過程中存在運動死點。根據(jù)這個發(fā)現(xiàn)，對方案進行優(yōu)化。通過改變四桿形狀的方式，使傳動角不為0°，進而避開死點位置[5]。優(yōu)化后的四桿機構(gòu)運動仿真模型，如圖5所示。

對優(yōu)化后四桿升降機構(gòu)模型進行運動學模擬，提取各鉸接點受力情況，得到如下結(jié)果，如圖6所示。

優(yōu)化后的ADAMS的仿真結(jié)果表明，四桿升降機構(gòu)各鉸接點受力最大值分別為35KN、32.5KN、30KN，各鉸接點受力較之前的方案已經(jīng)大幅降低，整個運動過程中機構(gòu)運動所需驅(qū)動力也大幅降低，滿足設(shè)計的需求。根據(jù)ADAMS仿真結(jié)果對四桿升降機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并建立四桿升降機構(gòu)SOLIDWORKS模型，如圖7所示。

4 結(jié)論

通過SOLIDWORKS、ADAMS等輔助軟件，對無避讓側(cè)方位立體停車設(shè)備的四桿升降機構(gòu)進行運動學仿真。發(fā)現(xiàn)四桿升降機構(gòu)在運動過程中出現(xiàn)死點，表現(xiàn)為驅(qū)動裝置的驅(qū)動力、各鉸接點受力過大的問題。通過深入分析輔助軟件的結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計方案，成功避開了死點位置，提高了四桿升降機構(gòu)的合理性，降低設(shè)備的成本，最終達到最優(yōu)的設(shè)計方案。說明了在機械設(shè)計的過程中引入計算機輔助設(shè)計對保障設(shè)備的平穩(wěn)運行，滿足實際工作的需要起到至關(guān)重要的作用。

參考文獻

[1] 許乾.計算機輔助設(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計中的應用分析[J].科技與創(chuàng)新. 2017（08）.

[2] 俞天明.無避讓立體停車庫的設(shè)計[J].機械工程師.2012（07）.

[3] 程懷舟，周霞.PLC在立體停車庫控制系統(tǒng)中的應用[J].建筑機械. 2004（09）.

[4] 王偉，唐向陽，許冬梅.基于ADAMS的立體車庫舉升臂運動學研究[J].起重運輸機械.2011（04）.

[5] 陳杰，厲杰.對于克服平面四桿機構(gòu)死點位置的方法研究[J].化工管理.2017（01）.