高一佳，翟云飛

（1.陜西保利特種車制造有限公司，陜西 西安 710200；2.陜西汽車集團技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

測試試驗

基于ADAMS的隨車吊作業(yè)模擬及強度仿真

高一佳1，翟云飛2

（1.陜西保利特種車制造有限公司，陜西 西安 710200；2.陜西汽車集團技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

首先用ADAMS對挖樹車吊機作業(yè)過程進行了運動仿真，模擬了該吊機提升樹木和移動樹木的作業(yè)過程，并提取了靜載分析工況。然后用RADIOSS對該吊機安裝座進行了強度分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。最終得到了能夠滿足使用強度和剛度要求的結(jié)構(gòu)。

吊機仿真；ADAMS；載荷提取

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-95-02

前言

挖樹車一種專門用于苗圃或林場中移栽樹木的小型專用車輛，作業(yè)效率高、安全可靠、操作靈活，但它通常需要一臺吊車伴隨作業(yè)[1]。本文將要提及的新型挖樹車安裝了一臺隨車吊，該附加裝置大大提高了作業(yè)獨立性和作業(yè)效率，同時也降低了使用成本。本文將著重分析新增隨車吊給挖樹機結(jié)構(gòu)帶來的強度影響。

1 背景介紹

挖樹車主要由履帶、車身、變幅臂、挖樹鏟和隨車吊組成。其中挖樹鏟負責挖樹，隨車吊負責將挖出的樹木吊運到轉(zhuǎn)運車輛上。該隨車吊最大跨度5 m，有效起升高度6.7 m，回轉(zhuǎn)角度360°，額定起重量2 t。隨車吊由吊機底座、吊機立柱、基礎(chǔ)臂、一伸臂、二伸臂、三伸臂、吊索、旋轉(zhuǎn)油缸、舉升油缸、伸縮油缸等部件組成，自重600 kg，被吊樹木質(zhì)量660 kg。

由于該吊機作業(yè)幅度較大，因此吊機底座受力較為復雜。為準確計算吊機底座的應力分布情況，首先需要使用ADAMS進行作業(yè)工程仿真，確定極限工況并提取載荷[2]。然后根據(jù)載荷進行進行結(jié)構(gòu)強度分析和設(shè)計優(yōu)化改進[3]。

2 載荷提取

吊機作業(yè)順序如下：首先吊機提升并旋轉(zhuǎn)，各級伸縮臂依次伸出至最遠作業(yè)距離，然后下降并提起樹木，吊機旋轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)運車輛上方并放下樹木。

為提取載荷，首先需要建立ADAMS模型，按照上述順序驅(qū)動吊機動作并進行仿真，得到如圖1所示的載荷工況。該圖展示了3個工況，圖1a為右極限位置。安裝座最大受力18181 N，扭矩4.71E7 Nm。圖1b為中間位置，安裝座最大受力16304 N，扭矩4.11E7 Nm。圖1c為左極限位置，吊機安裝座最大受力16304 N，扭矩4.11E7 Nm。

圖1 吊機載荷工況提取

在隨后的吊臂提升及回轉(zhuǎn)工況中，隨著吊臂力矩的縮短，安裝座上的受力隨之變小。

3 結(jié)構(gòu)強度分析

圖2 吊機強度分析結(jié)果

根據(jù)上述分析得到的載荷工況，使用RADIOSS對該吊機安裝座進行結(jié)構(gòu)靜強度分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化?？紤]振動引起的動載荷，靜力分析時吊機載荷按照從ADAMS中提取的力值的1.5倍施加。對該有限元模型進行計算，得到如下圖2所示的應力分布云圖，從左至右分別對應圖1中的三個載荷工況。圖2a最大應力為382 MPa，圖2b最大應力為320 MPa，圖2c最大應力為280 MPa，最大值均位于底板安裝處，該應力值未超過材料Q550的屈服強度550 MPa。

將上述加強結(jié)構(gòu)分析結(jié)果與原始結(jié)構(gòu)對比，可得到下表1：

表1 原始結(jié)構(gòu)與加強結(jié)構(gòu)應力對比表

從表中可看出，結(jié)構(gòu)加強后重量略有增加（14%↑），但最大應力值大幅度下降（68.6%↓），且最大應力并未超過材料的屈服強度，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)也從0.45增大為1.44。加強后的吊機安裝座結(jié)構(gòu)強度能夠滿足使用要求。

4 結(jié)論

對于類似挖樹車吊機的受力復雜結(jié)構(gòu)，在進行結(jié)構(gòu)強度分析之前，需要通過ADAMS仿真來獲得載荷工況，然后使用有限元強度分析軟件進行結(jié)構(gòu)強度分析和優(yōu)化。通過使用該方法，在略微增加吊機安裝底座的同時，大幅提高了結(jié)構(gòu)強度和安全系數(shù)。

[1] 汽車發(fā)展研究所. 2014年合格證數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析報告[EB/DK],北京:中國汽車技術(shù)研究中心,2015.

[2] MSC. Software Corporation. ADAMS Optimization Guide [M],1994(11).

[3] 譚繼錦,張代勝.汽車結(jié)構(gòu)有限元分析[M].北京:清華大學出版社.2009:88-118.

[4] 殷時蓉,賈永清,尹信賢.基于ADAMS的高空作業(yè)車舉升臂動力學研究[J].重慶交通大學學報.2011年05期：55-57.

Process Simulation and Analysis of an Crane Based on ADAMS

Gao Yijia1, Zhai Yunfei2
( 1.Shaanxi Poly Vehicles Manufacturing Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200; 2. Shaanxi Automobile Group Technical Center., Shaanxi Xi'an 710200 )

First ADAMS was used to simulate crane's lifting procedure of tree mover. All the load cases needed by statics analysis were then obtained. Second RADIOSS was used to compute stress and displacement of the mounting base of the crane. According to the analysis results, some improvements were applied. Finally a mounting base having enough strength and stiffness was obtained.

Crane Simulation; ADAMS; Load case recognize

U467.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)19-95-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.032

高一佳，(1982-)，碩士，工程師，現(xiàn)就職于陜西保利特種車制造有限公司，主要研究方向為軍用重型卡車和裝甲車輛結(jié)構(gòu)強度分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及動力學分析等工作。