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基于ADAMS的叉车转向动力特性分析

时间:2017-8-14 8:55:00 来源:本网

  中国工程机械学报基于ADAMS的叉车转向动力特性分析卫良保,马朝选,张玉星,李二闷(太原科技大学机械工程学院,山西太原030024)得到叉车由于主销内倾角而产生的回正力矩数学模型,通过仿真得出回正力矩随转向角的变化曲线。以主销内倾角为变量,回正力矩最大为目标函数,对样机进行优化。优化后回正力矩明显增强,液压缸活塞产生的力矩变小,节约了能源。对优化后的模型进行了自回正特性分析,可为叉车转向机构的设计提供。

  一般车辆转向系统的转向轮都具有主销内倾、主销后倾、车轮外倾、车轮前束4个定位角,它们是车轮偏转安全和转向自动回正功能的基本保障。而叉车转向系统中,由于叉车运行速度比较低,主销后倾和车轮前束的功能效果不显著,制造时为了简化转向桥结构和制造工艺,一般主销后倾角、前束角取0.车轮外倾角一般取值比较小,在11.5之间,目的是为了车轮安装的安全并防止出现车轮内倾,其对车轮回正效果不明显。因此,重点分析主销内倾角回正力矩与叉车转向持性间的关系。

  1主销内倾角产生转向回正力矩的以某FD30内燃叉车为例:前后轮距L= 1700mm,空载时后轴负载2610kg,后轮尺寸为  车轮由直线状态转过一定角度后,其受力如所示。图中车轮接地中心点为A,绕主销转过卢后,车轮中心点转到A'点。主销轴线的延长线交地面与于O点,OA为主销偏距e,主销内倾角为0,b中00'为下陷深度,为车轮的垂直载荷。

  叉车左转向轮由于垂直力而产生的回正力矩为叉车整车的总转向回正力矩Mz为左右轮回正力矩(Mi,M之和,由于叉车转向桥中心与车体铰接,左右车轮受到垂直方向的力是相等的,所以垂直载荷引起的回正力矩为:叉车转向轮侧向力引起的回正力矩M,为My=(Fyi+Fyr)rtny(4)向轮半径;Y为车轮后倾角。对于叉车而言,y =,所以由侧向力引起的回正力矩M,=0.即叉车的总回正力矩M为2叉车转向的转向阻力矩叉车原地转向时的转向阻力矩Ms,可按下列公式计算。

  为轮胎宽度。

  当车辆行驶时,转向阻力矩会下降为上述阻力矩的1/21/3,甚至更小。原因是轮胎侧向弹性变形使自传阻力变小,摩擦变为滚动摩擦,摩擦因数变小。

  3叉车转向机构的建模与仿真在ADAMS中建立FD30柴油叉车的转向简化模型,初始主销内倾角0=6°,在转向桥中心加载其承受的垂直载荷G=26100N,在主销与转向节臂之间以主销轴线为轴线施加转动副,转向节臂与连杆、连杆与横置液压缸之间加载球铰副,油缸活塞杆相对转向桥体施加平移副,转向车轮与测试平台之间加载接触副,设置动摩擦因数为0. 1,静摩擦因数为0.28.模型如所示。

  在平移副上添加直线驱动,设置函数为对主销偏距e,内轮转角a,外轮转角P,回正力矩M,回正阻力矩Ms,液压缸产生的力矩MT分别进行测量。

  在仿真时车轮原地转动,此时阻力矩最大,对模型进行仿真,测得回正力矩M的图像,如a所中国工程机械学报示,液压缸产生的力矩MT,如b所示。

  从a可以看出,在车轮从正向到偏转最大角,再回归正向过程中,偏转角最大时,最大回正力矩为Mmax=1152.6kNmm.由b可知,液压缸产生的力矩有个跳跃过程,这是由于阻力矩方向改变引起的,得到最大力矩为MlITmax= mm,最小力矩为MTmin通过MTALAB计算得到叉车的最大回正力mm,证明回正力矩数学模型具有一定的可靠性。

  ADAMS以回正力矩最大为目标,王销内倾角为变量,进行试验分析,得到在不同内倾角时回正力矩随偏转时间(角度)的变化曲线,如所示。可以看到随着主销内倾角0从小到大的过程中,最大回正力矩先变大,后变小,说明0取中某个值时,才能使回正力矩最大。

  4.3利用ADAMS对模型进行优化在ADAMS中优化等级越高。得到的精度越高,采用三等级的精度,对模型进行多轮优化设计,以达到满意的结果。结果当0=7.5865时,得到最大回正力矩。回正力矩优化前后曲线,如a所示;液压缸产生的力矩优化前后曲线,如b所示。4主销内倾角对回正力矩的影响4.1优化数学模型的建立4.1.1设计变量已知主销间距、车轮间距是一定的,由主销内倾角0的变化,得到回正力矩M的变化。

  4.1.2目标函数以车轮回正力矩最大为目标函数,即4.1.3约束条件4.2利用ADAMS对模型进行。

  表1优化前后力矩数据对比参数优化前数据优化后数据百分比/%最大回正力矩最大液压缸活塞力矩最小液压缸活塞力矩5对模型进行回正特性分析车辆主销内倾角有使转向轮自动回正的特性。

  当车辆行驶的过程中转向轮与地面之间为滚动摩擦时,此时车辆阻力矩变小,而回正力矩不变,阻力矩要小于回正力矩,行驶时车辆会自动回正。修改上述模型约束,去掉对液压缸横向力作用,对转向桥中心分别施加向目i运行的速度=4ms1和W=1ms1.对上述优化后的模型进行回正力矩测试,得到回正力矩随运行时间变化曲线,如所示。由图可知,在没有液压力作用的时候,有一定的自回正特性,但最后回正力矩不为0.这是由于当回正力矩等于阻力矩的时,车轮不再回正,说明存在一定量的残留偏转角。若考虑各部件的机械阻力和液压阻力,残留偏转角会更大。在实际应用中,只能利用动力(液压)消除残留偏转角,实现转向。

  时间/s =4m疒正力矩化曲线回正特性分析6结论叉车在转向时王要是由王销内倾角产生回正力矩。本文在前人的基础上得到回正力矩的数学模型,利用ADAMS建立FD30叉车转向的虚拟样机模型;通过仿真得到在不同主销内倾角时的回正力矩随转向角的变化曲线;对模型进行优化,使液压缸力矩减小,从而达到节省能源的目的。对优化后的模型进行回正特性仿真,结果表明:叉车具有一定的自回正特性,但残留偏转角较大,仍需动力回正

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