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高空车调平机构中补偿液压缸运动规律的反求研究

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来源:admin    发布日期:2020-01-02

  沈阳建筑大学交通与机械工程学院沈阳 110168 以高空车调平机构为研究对象,利用ADAMS 软件建立了高空车调平机构虚拟样机的仿真模型。 过添加工作斗和大地之间的平行约束反求补偿液压缸在工作斗作业过程中的补偿规律,将其作为调平机构的输 入对高空车作业臂变幅时工作斗的调平过程加以仿真, 并与相关研究成果进行对比, 结果表明, 偿液压缸驱动函数求取方法,在获得更高工作斗调平精度的同时, 可有效保证工作人员的舒适性要求, 为高空 车调平机构的参数匹配提供了依据和借鉴。 关键词: 高空车; 工作斗; 补偿液压缸;ADAMS 中图分类号: U273 文章编号:1001 -0785 (2014) 05 -0065 -03 Abstract: With levelingmechanism aerialwork platform truck studyobject, ADAMS software simulationmodel virtualprototype levelingmechanism. By adding parallelconstraints between compensationregular patterns hydrauliccylinder obtained, which levelingmechanism bucketleveling process when aerial work platform truck arm changes amplitude, compared relatedstudy results. Its found compensationhydraulic cylinder driving function solution can onlyreach high leveling precision alsoeffectively provide comfort workers,providing basis parametermatching levelingmechanism aerialwork platform trucks. Keywords: aerial work platform truck; working bucket; leveling; compensation hydraulic cylinder; ADAMS 引言高空车是用来运送工作人员和装备到达指定 高度进行作业的一种工程机械, 具有工作效率高、 安全可靠的特点, 广泛应用在船舶、 港口、 市政 建设等行业。 就高空车而言, 工作斗在伸缩臂变 幅过程中始终保持水平是保证人员安全的基本要 它通过调平机构实现。调平方式根据原理不 分为自重平衡调平、平行四边形调平、 机械 反馈电液控制调平、 伺服液压缸调平、 电液自动 调平和电液比例调平等, 其中电液比例调平能够 实现实时、 连续、 自动调平, 且精度高、 响应快, 已经被广泛应用于各种形式和高度的高空作业车 调平机构。 而补偿液压缸的随动补偿是电液比例 调平机构的关键, 合理确定补偿液压缸的运动规 律十分重要。 一般补偿液压缸运动规律确定方法是基于调 平机构几何关系求出补偿液压缸补偿量和工作斗 倾斜角度之间的数学函数, 该方法过程复杂, 率低且不够精确[3,4] 本文尝试借助ADAMS 软件 建立高空车虚拟样机模型, 通过反求方式获得补 偿液压缸运动规律。 高空车结构及调平原理高空车主要由底盘、 转台、 液压缸、 伸缩臂 和工作斗等部分组成, 如图1。 高空作业车结构简图高空车在作业过程中, 伸缩臂通过变幅驱动 工作斗把人员运送到指定高度, 若变幅过程中补 偿液压缸不能实时补偿, 工作斗和水平面间便产 生夹角, 见图2。 因此只有实时准确地控制补偿液 压缸的活塞杆伸长或缩短,控制工作斗产生与原倾 斜方向相反的转动, 才能使工作斗保持水平状态。 调平机构虚拟样机因高空车工作时, 各构件变形量较小, 可将 各构件视为刚体。 View环境中, 设置 测量单位、 工作网格、 定义重力等建模环境, 立高空车调平机构三维虚拟模型,包括转台、 补偿液压缸、四连杆机构、 工作斗等, 设置各构件的属性如名称、外观、 材料属性 和可见性等, 使之与其实际属性相一致。 约束处理在活塞杆和缸筒之间添加沿液压缸轴向的平 移约束, 以使液压缸活塞杆调平时沿缸筒进行轴 向的伸缩补偿; 为了保证伸缩臂变幅时绕转台铰 接点在变幅平面中上下摆动, 在转台和伸缩臂的 连接处添加旋转约束; 因补偿液压缸活塞杆和四 连杆机构、 四连杆中两两杆件以及补偿液压缸与 伸缩臂连接处其实际结构均为铰连接, 可在相应 位置添加旋转约束加以模拟。 添加载荷和驱动在转台和伸缩臂的旋转副上借助 Step 函数模 拟变幅液压缸驱动伸缩臂的变幅运动; 用SFORCE 函数在工作斗中心位置上加垂直力G, 以模拟工作 斗和人的重量。 补偿液压缸驱动反求高空车工作斗调平是通过补偿液压缸的伸缩 来驱动四连杆机构消除因伸缩臂变幅所产生的工 作斗和水平面间夹角。 因此, 可基于相对运动原 理反求补偿液压缸驱动规律。 即对模型中补偿液 压缸不加任何驱动, 借助平行约束将工作斗和大 地平行锁定, 则变幅时工作斗作为调平机构的输 入信号始终保持水平, 通过四杆调平机构的运动 传递可获得补偿液压缸的输出运动规律, 从而得 到补偿液压缸整个变幅过程中应该提供的用于补 偿调平工作斗的驱动函数。 反求补偿液压缸驱动函数的步骤如下: 在大地上建立Marker_82, 在工作斗和Mark er_ 82 之间添加平行约束使工作斗始终保持水平; 在补偿液压缸的缸筒上建立Marker 88,在活塞杆上建立 Marker_ 89, 借助 Mea_ PT2PT_ 函数的PointtoPoint Measure 功能对补偿液压缸 活塞杆运动速度进行测量; 在工作斗的同一水平面上建立Marker_ 79 和Marker_ 80, 通过编写Function_ Mea_ 函数:Atan 79,Marker DX(Marker_ 79, Marker_ 80))180 pi对工作斗倾斜角度进行测量。 调平机构仿真为了验证本文方法的正确性和精确性, 对文 其补偿液压缸最大行程280mm, 长172mm, 等长连杆2 的长度为215mm, 作斗托架杆长173 mm, 高空车伸缩臂的变幅速度 内完成从0到20 rad 的加速,之后以20 rad 间进行匀速变幅。在转台和伸缩臂连接处的旋转副上添加的驱 动函数Step (time, 设置仿线, 通过ADAMS 软件的测 量功能获得高空车在作业过程中, 工作斗和大地 之间添加平行约束而补偿液压缸不加任何驱动函数时补偿液压缸的补偿速度曲线。 补偿液压缸的补偿速度曲线在ADAMS 的postprocessor “txt”的形式 输出补偿液压缸速度曲线的 数据,然后将其 导入Matlab +2217x-2 将高空车调平机构中工作斗和大地的平行约 束解除, 把反求获得的补偿液压缸驱动函数和文 给出的补偿液压缸驱动函数分别作为四杆调平机构的输入, 运用 Atan 函数对工作斗的倾斜 角度进行测量, 为两种方法获得的工作斗倾斜角度曲线, 其中实线为本文方法 (下同)。 工作斗倾角变化曲线此外, 从工作人员工作舒适性考虑, 为两种方法获得的工作斗倾角变化率曲线。 工作斗倾角变化率曲线据此, 可得两种补偿液压缸驱动规律效果对 如表1所示。 高空车伸缩臂变幅过程中关键指标对比关键指标 工作斗 最大倾 工作斗倾角最大变 工作斗最大倾角变化率 4212 72 文献 7821 25 结论本文借助 ADAMS View模块建立了高空车调 平机构虚拟样机, 基于相对运动原理对补偿液压 缸驱动规律进行了反求, 并对相关结果进行了仿 真分析, 结果表明: 本文方法下,工作斗的最大倾角和工作斗 倾角最大变化量分别较文献 降低了976%和 53%,提高了变幅过程中工作斗的运动平稳性; 本文方法下,工作斗最大倾角变化率比文 降低了4014%, 有效降低了工作人员变 幅时的不适感。 由此可见, 基于ADAMS 的补偿液压缸驱动函 数反求方法, 在获得更高工作斗调平精度的同时, 可有效保证工作人员的舒适性要求, 可为高空车 调平机构的参数匹配提供依据和借鉴。 参考文献 董大为SimonCella 高空作业车的自动调平机构[J] 筑路机械与施工机械化, 2004 国内高空作业机械行业现状及发展方向[J] 建筑机械, 2006 (S8): 54, 56 重庆:重庆交通大学, 2012 周贤明高空作业车调平装置的系统误差及优化设计 福建质量管理,2004 高空作业车工作平台调平机构[J]工程机械, 2006 (12): 31, 32 李新华高空作业车自动调平系统的研究 山西建筑,2008, 34 (31): 331, 332 虚拟样机技术与ADMAS应用实例教程[M] 北京: 北京航空航天大学出版社, 2008 MATLAB基础教程[M] 北京: 清华大学出版 周先觉高空作业机械工作斗调平机构探讨[J] 建筑 机械技术与管理, 1998 110168收稿日期: 2013 11-23 高空车调平机构中补偿液压缸运动规律的反求研究作者: 作者单位:沈阳建筑大学交通与机械工程学院 沈阳 110168 刊名: 起重运输机械 英文刊名: Hoisting ConveyingMachinery 2014(5)引用本文格式:费烨.黄鹏.刘闻敏 高空车调平机构中补偿液压缸运动规律的反求研究[期刊论文]-起重运输机械 2014(5)

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