Solidworks与ADAMS对起重机小车的联合仿真试验研究

杨 瑛

宁波技师学院，浙江宁波 315032

0 引言

龙门起重机是在复杂工况下工作的大型结构系统，其三维模型的绘制，需要耗费大量的人力、物力，而本文所采用的Solidworks 软件，该软件可以采用参数化和特征造型技术进行建模，因此，该软件可以大大缩短零件设计周期，方便、快捷地进行复杂形状零部件的修改，所以Solidworks 软件可以高效地利用所创建好的零部件模型来创建整个龙门起重机模型，绘图时间大大缩短，绘图效率大大提高。

1 在Solidworks 软件中建立小车的CAD 模型

SolidWorks 是一个基于Windows 平台的优秀的三维机械设计自动化软件，主要采用参数化和特征造型技术进行建模，能方便、快捷地创建和修改大量复杂形状的实体[1]，本文采用SolidWorks 软件建立龙门起重机的CAD 模型，可以大大缩短零件设计周期，清晰表现设计意图[2]。

在Solidworks 软件中建立好龙门起重机小车的模型。由于小车有防雨罩，隐藏防雨罩后，便可看到小车的内部结构，如图1 所示。

图1 隐藏防雨罩的小车

2 虚拟样机建模

本文的虚拟样机建模包括：施加约束，施加载荷，施加运动。

根据部件之间的运动关系，将Solidworks 软件中建好的龙门起重机小车的模型传送到ADAMS 平台。在ADAMS 中将约束施加于各构件之间，使各构件所获得的自由度与物理样机一致。

分别用作用在小车、主梁构件质心的集中力代替作用在其上的均布风载[3]，风载荷的方向与小车运行方向相同，作用在小车、主梁上的风载荷分别为2255.1N、1195.4N，其中标准风压q ＝250N/m2[4]。

本文的主要运动是小车车轮相对于小车的旋转运动（以旋转角速度为控制参数），本文设计了4 种工况（工况A-1 和B-1的时间变化节点为1 秒，工况A-2 和B-2 的时间变化节点为6秒），然后对这四种工况进行试验，本文在小车主动车轮的旋转副上添加了IF 函数，IF 函数所实现的小车运行速度变化曲线如图2 所示（工况A-1 和B-1 中，其中1 秒为小车速度发生变化的时间节点）。

图2 小车的运行速度

3 仿真步长的选取

为了确定仿真步长，本文取仿真时间20 秒，对工况B-2分别进行2000 步、5000 步、7500 步、20000 步仿真，观察仿真试验结果。得出结论：本文应选取仿真步数20000 步。

4 小车碰撞仿真试验和安全性分析

本文最危险的工况是A-2 和B-2，本文主要对工况B-2 下龙门起重机小车的的Z 方向安全性进行分析。

4.1 小车运行速度分析

小车运行速度仿真试验结果与图2 所设计的小车运行速度完全相同，这说明本文的仿真结果符合设计要求。

4.2 小车缓冲器与端部止挡间的碰撞冲击力分析

小车缓冲器与端部止挡间Z 方向（小车行走方向）碰撞冲击力的仿真试验结果如图3 所示：作用在缓冲器Z 方向上的撞击力分别在t=7.93s 时达到最大值499.26 千牛顿，而本文采用的JHQ-A-3 型聚氨酯缓冲器的缓冲力仅为42 千牛顿，因此本文所选用的缓冲器不安全，建议选用缓冲力大于499.26 千牛顿的缓冲器。

图3 小车缓冲器与端部止挡间的碰撞冲击力的变化曲线

5 结论

采用虚拟样机技术对龙门起重机小车进行整体动态安全性仿真试验，得到的主要结果如下：

1）Solidworks 软件采用参数化和特征造型技术建模，复杂形状零部件的修改方便快捷，设计周期大大缩短，绘图效率大大提高；2）通过仿真试验获得合理的缓冲器刚度，这为设计师设计安全可靠的龙门起重机缓冲器提供了快速、有效的途径；3）通过仿真试验获得小车突然加速和碰撞时所产生的动态接触力，这些准确的数据可以供龙门起重机结构分析时参考；4）通过仿真试验获得小车与端部止挡碰撞时所产生的动态碰撞冲击力，这为防止小车在碰撞过程中的坠落提供了准确的数据。

[1]胡仁喜.SolidWorks2012机械设计从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2012：10-30.

[2]方显明.SolidWorks项目案例图解教程[M].北京：电子工业出版社，2009：20-80.

[3]陈立平，张云清，任卫群，覃刚，等.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程[M].北京：清华大学出版社，2006：95-111.

[4]郑建荣.ADAMS-虚拟样机技术入门与提高[M].北京：机械工业出版社，2002.