汽车后栏板举升机构的虚拟样机仿真

卢宸华+王云峰+李煜彤

摘 要：在建立后栏板举升机构虚拟样机的基础上，利用ADAMS软件对车用后栏板举升机构进行了运动和动力仿真；得到了后栏板举升机构在运动过程中栏板中心点的坐标变化规律和速度时间曲线，并给出了描述栏板中心点坐标变化和速度时间规律的经验公式，为分析此类机构的运动提供了简便方法。

关键词：后栏板举升机构 多项式函数 运动学仿真 ADAMS

中图分类号：TB24 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0059-03

后栏板举升机构是安装于厢式货车尾部的一种靠汽车发动机或车载蓄电池提供动力源的液压起重装卸设备，它能实现后栏板着地倾斜、垂直举升和90°翻转，能够在较少人力下以较高的效率完成数吨乃至数十吨货物的装卸，在现代物流行业中占有重要的地位，因此后栏板举升机构的研究，成为专用汽车研究的重要方向之一。田杰、商高高等[1，2]采用复数向量法建立了双液压缸式后栏板举升机构的数学模型，并对其进行了运动学和动力学分析，对车用后栏板举升机构进行了运动学和动力学分析。刘晶郁[3]针对ZTC9230X型15t厢式半挂车，采用约束随机方向法后栏板举升机构进行了多目标的优化设计。徐达[4]等人采用试错法给出了设计-校核-修改-校核的后栏板的设计思路。

但是上述研究涉及到复杂的理论和数学计算，难以在生产设计人员中推广应用。因此开展后栏板式举升机构的研究，建立易于工程技术人员使用的经验公式，具有重要意义。

1 后栏板起重装置升降机构简图

单液压缸后栏板举升机构的运动原理，如图1所示[4]。其运动由三种动作构成：一是在下止点的栏板着地倾斜运动，二是栏板平行举升时上下连杆分别绕拐臂轴D和A的转动，三是在上止点的90°翻转运动。由于在上止点的90°翻转运动是手工完成，且此过程中起重过程中货物的稳定性和安全性仅与栏板的着地倾斜和升降有关，而与上止点的90°翻转无关，所以运动仿真进分析前两个运动过程。

2 单液压缸后栏板举升机构的虚拟样机

后栏板举升装置适配车型的底盘上表面距离地面高度为765 mm，纵梁断面尺寸为200×65×6 mm，车宽为2065 mm，依据该车型初步确定后栏板举升装置的主要技术参数如表1。

根据上述技术参数，建立后栏板举升装置进行运动仿真分析的虚拟样机，如图2所示。

2.1 约束设置

定义后栏板举升机构各主要构件的连接方式和相对运动。如液压缸的缸体与货车车架、液压缸伸出杆与拐臂、上下杆与连杆、连杆与栏板之间的转动副连接；液压缸缸体与活塞伸出杆之间的移动副连接。

2.2 接触设置

为了防止在仿真过程中各构件之间在运动时发生干涉，需要定义相邻物体间的接触。模型当中包含有8个接触，即锁紧杆与下杆、下杆与侧拐臂、栏板上的小轮与地面和连杆与栏板各有两个。

2.3 液压缸驱动力设置

后栏板的上升和下降动作是通过液压缸的伸缩推动举升机构实现的，考虑到液压缸的运动分为起始时的加速阶段，中间匀速运动阶段和缓冲阶段，液压缸作为驱动的过程可以用阶跃函数表示[5-7]。其形式为：

3 后栏板举升过程的仿真结果分析

为了描述举升机构的运动变化，以图1中拐臂轴A为坐标原点，建立坐标系。x轴水平向右，描述栏板在水平方向的运动，y轴竖直向上，描述栏板的铅垂方向的运动。

在液压缸的驱动下，后栏板举升机构在着地倾斜和栏板垂直举升运动的过程中，栏板中心的坐标变化情况如图3所示。

由图3可以看出栏板中心在水平和铅垂坐标随时间的变化：从0～4 s之间，栏板完成了倾斜5度的运动，在此过程中栏板中心点的位移较小，曲线近似直线；在4 s时，栏板中心的位移曲线发生了变化，这是因为后栏板处于由倾斜运动向垂直举升运动的过渡时刻；从4 s以后栏板开始做垂直举升运动，因此栏板中心在水平方向的前进距离与后退距离基本相当，这是因为在此过程中上下连杆绕着拐臂轴从负30度角旋转到旋转到正30度角。

但是生产设计人员采用仿真方法进行分析存在一定困难，所以，本文给出了可以较精确描述栏板中心点坐标随时间变化的多项式形式的经验公式（2）和（3），方便生产设计人员使用。

4 结论

利用ADAMS软件对车用后栏板举升机构进行了运动仿真，得到了后栏板举升机构在运动过程中栏板中心点的坐标变化规律和速度时间曲线，并给出了描述栏板中心点坐标变化和速度时间规律的经验公式，为分析此机构运动的运动和举升货物的稳定提供了简便方法，并为此类机构的进一步优化设计提供依据。

参考文献

[1] 田杰，商高高，周家付.车用后栏板举升机构的计算机辅助动力学分析[J].拖拉机与农用运输车，2006，33（6）：48-51.

[2] 田杰，商高高.车用后栏板起重装置的运动学分析[J].起重运输机械，2006（10）：31-35.

[3] 刘晶郁.后栏板起重装置的优化设计[J].专用汽车，1997（4）：14-16.

[4] 徐达，陆锦容.专用汽车工作装置原理与设计计算[M].2版.北京：北京理工大学出版社，2002：153-164.

[5] 陈立平，张云清，任卫群，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，2005：249-251.

[6] 张桂菊，肖才远，谭青，等.基于虚拟样机技术挖掘机工作装置动力学分析及仿真[J].中南大学学报：自然科学版，2014（6）：1827-1833.

[7] 李荣丽，贺利乐.煤炭采样机械臂的刚柔耦合动力学建模与仿真分析[J].机械设计，2013（8）：33-36.endprint

摘 要：在建立后栏板举升机构虚拟样机的基础上，利用ADAMS软件对车用后栏板举升机构进行了运动和动力仿真；得到了后栏板举升机构在运动过程中栏板中心点的坐标变化规律和速度时间曲线，并给出了描述栏板中心点坐标变化和速度时间规律的经验公式，为分析此类机构的运动提供了简便方法。

关键词：后栏板举升机构 多项式函数 运动学仿真 ADAMS

中图分类号：TB24 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0059-03

后栏板举升机构是安装于厢式货车尾部的一种靠汽车发动机或车载蓄电池提供动力源的液压起重装卸设备，它能实现后栏板着地倾斜、垂直举升和90°翻转，能够在较少人力下以较高的效率完成数吨乃至数十吨货物的装卸，在现代物流行业中占有重要的地位，因此后栏板举升机构的研究，成为专用汽车研究的重要方向之一。田杰、商高高等[1，2]采用复数向量法建立了双液压缸式后栏板举升机构的数学模型，并对其进行了运动学和动力学分析，对车用后栏板举升机构进行了运动学和动力学分析。刘晶郁[3]针对ZTC9230X型15t厢式半挂车，采用约束随机方向法后栏板举升机构进行了多目标的优化设计。徐达[4]等人采用试错法给出了设计-校核-修改-校核的后栏板的设计思路。

但是上述研究涉及到复杂的理论和数学计算，难以在生产设计人员中推广应用。因此开展后栏板式举升机构的研究，建立易于工程技术人员使用的经验公式，具有重要意义。

1 后栏板起重装置升降机构简图

单液压缸后栏板举升机构的运动原理，如图1所示[4]。其运动由三种动作构成：一是在下止点的栏板着地倾斜运动，二是栏板平行举升时上下连杆分别绕拐臂轴D和A的转动，三是在上止点的90°翻转运动。由于在上止点的90°翻转运动是手工完成，且此过程中起重过程中货物的稳定性和安全性仅与栏板的着地倾斜和升降有关，而与上止点的90°翻转无关，所以运动仿真进分析前两个运动过程。

2 单液压缸后栏板举升机构的虚拟样机

后栏板举升装置适配车型的底盘上表面距离地面高度为765 mm，纵梁断面尺寸为200×65×6 mm，车宽为2065 mm，依据该车型初步确定后栏板举升装置的主要技术参数如表1。

根据上述技术参数，建立后栏板举升装置进行运动仿真分析的虚拟样机，如图2所示。

2.1 约束设置

定义后栏板举升机构各主要构件的连接方式和相对运动。如液压缸的缸体与货车车架、液压缸伸出杆与拐臂、上下杆与连杆、连杆与栏板之间的转动副连接；液压缸缸体与活塞伸出杆之间的移动副连接。

2.2 接触设置

为了防止在仿真过程中各构件之间在运动时发生干涉，需要定义相邻物体间的接触。模型当中包含有8个接触，即锁紧杆与下杆、下杆与侧拐臂、栏板上的小轮与地面和连杆与栏板各有两个。

2.3 液压缸驱动力设置

后栏板的上升和下降动作是通过液压缸的伸缩推动举升机构实现的，考虑到液压缸的运动分为起始时的加速阶段，中间匀速运动阶段和缓冲阶段，液压缸作为驱动的过程可以用阶跃函数表示[5-7]。其形式为：

3 后栏板举升过程的仿真结果分析

为了描述举升机构的运动变化，以图1中拐臂轴A为坐标原点，建立坐标系。x轴水平向右，描述栏板在水平方向的运动，y轴竖直向上，描述栏板的铅垂方向的运动。

在液压缸的驱动下，后栏板举升机构在着地倾斜和栏板垂直举升运动的过程中，栏板中心的坐标变化情况如图3所示。

由图3可以看出栏板中心在水平和铅垂坐标随时间的变化：从0～4 s之间，栏板完成了倾斜5度的运动，在此过程中栏板中心点的位移较小，曲线近似直线；在4 s时，栏板中心的位移曲线发生了变化，这是因为后栏板处于由倾斜运动向垂直举升运动的过渡时刻；从4 s以后栏板开始做垂直举升运动，因此栏板中心在水平方向的前进距离与后退距离基本相当，这是因为在此过程中上下连杆绕着拐臂轴从负30度角旋转到旋转到正30度角。

但是生产设计人员采用仿真方法进行分析存在一定困难，所以，本文给出了可以较精确描述栏板中心点坐标随时间变化的多项式形式的经验公式（2）和（3），方便生产设计人员使用。

4 结论

利用ADAMS软件对车用后栏板举升机构进行了运动仿真，得到了后栏板举升机构在运动过程中栏板中心点的坐标变化规律和速度时间曲线，并给出了描述栏板中心点坐标变化和速度时间规律的经验公式，为分析此机构运动的运动和举升货物的稳定提供了简便方法，并为此类机构的进一步优化设计提供依据。

参考文献

[1] 田杰，商高高，周家付.车用后栏板举升机构的计算机辅助动力学分析[J].拖拉机与农用运输车，2006，33（6）：48-51.

[2] 田杰，商高高.车用后栏板起重装置的运动学分析[J].起重运输机械，2006（10）：31-35.

[3] 刘晶郁.后栏板起重装置的优化设计[J].专用汽车，1997（4）：14-16.

[4] 徐达，陆锦容.专用汽车工作装置原理与设计计算[M].2版.北京：北京理工大学出版社，2002：153-164.

[5] 陈立平，张云清，任卫群，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，2005：249-251.

[6] 张桂菊，肖才远，谭青，等.基于虚拟样机技术挖掘机工作装置动力学分析及仿真[J].中南大学学报：自然科学版，2014（6）：1827-1833.

[7] 李荣丽，贺利乐.煤炭采样机械臂的刚柔耦合动力学建模与仿真分析[J].机械设计，2013（8）：33-36.endprint

摘 要：在建立后栏板举升机构虚拟样机的基础上，利用ADAMS软件对车用后栏板举升机构进行了运动和动力仿真；得到了后栏板举升机构在运动过程中栏板中心点的坐标变化规律和速度时间曲线，并给出了描述栏板中心点坐标变化和速度时间规律的经验公式，为分析此类机构的运动提供了简便方法。

关键词：后栏板举升机构 多项式函数 运动学仿真 ADAMS

中图分类号：TB24 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0059-03

后栏板举升机构是安装于厢式货车尾部的一种靠汽车发动机或车载蓄电池提供动力源的液压起重装卸设备，它能实现后栏板着地倾斜、垂直举升和90°翻转，能够在较少人力下以较高的效率完成数吨乃至数十吨货物的装卸，在现代物流行业中占有重要的地位，因此后栏板举升机构的研究，成为专用汽车研究的重要方向之一。田杰、商高高等[1，2]采用复数向量法建立了双液压缸式后栏板举升机构的数学模型，并对其进行了运动学和动力学分析，对车用后栏板举升机构进行了运动学和动力学分析。刘晶郁[3]针对ZTC9230X型15t厢式半挂车，采用约束随机方向法后栏板举升机构进行了多目标的优化设计。徐达[4]等人采用试错法给出了设计-校核-修改-校核的后栏板的设计思路。

但是上述研究涉及到复杂的理论和数学计算，难以在生产设计人员中推广应用。因此开展后栏板式举升机构的研究，建立易于工程技术人员使用的经验公式，具有重要意义。

1 后栏板起重装置升降机构简图

单液压缸后栏板举升机构的运动原理，如图1所示[4]。其运动由三种动作构成：一是在下止点的栏板着地倾斜运动，二是栏板平行举升时上下连杆分别绕拐臂轴D和A的转动，三是在上止点的90°翻转运动。由于在上止点的90°翻转运动是手工完成，且此过程中起重过程中货物的稳定性和安全性仅与栏板的着地倾斜和升降有关，而与上止点的90°翻转无关，所以运动仿真进分析前两个运动过程。

2 单液压缸后栏板举升机构的虚拟样机

后栏板举升装置适配车型的底盘上表面距离地面高度为765 mm，纵梁断面尺寸为200×65×6 mm，车宽为2065 mm，依据该车型初步确定后栏板举升装置的主要技术参数如表1。

根据上述技术参数，建立后栏板举升装置进行运动仿真分析的虚拟样机，如图2所示。

2.1 约束设置

定义后栏板举升机构各主要构件的连接方式和相对运动。如液压缸的缸体与货车车架、液压缸伸出杆与拐臂、上下杆与连杆、连杆与栏板之间的转动副连接；液压缸缸体与活塞伸出杆之间的移动副连接。

2.2 接触设置

为了防止在仿真过程中各构件之间在运动时发生干涉，需要定义相邻物体间的接触。模型当中包含有8个接触，即锁紧杆与下杆、下杆与侧拐臂、栏板上的小轮与地面和连杆与栏板各有两个。

2.3 液压缸驱动力设置

后栏板的上升和下降动作是通过液压缸的伸缩推动举升机构实现的，考虑到液压缸的运动分为起始时的加速阶段，中间匀速运动阶段和缓冲阶段，液压缸作为驱动的过程可以用阶跃函数表示[5-7]。其形式为：

3 后栏板举升过程的仿真结果分析

为了描述举升机构的运动变化，以图1中拐臂轴A为坐标原点，建立坐标系。x轴水平向右，描述栏板在水平方向的运动，y轴竖直向上，描述栏板的铅垂方向的运动。

在液压缸的驱动下，后栏板举升机构在着地倾斜和栏板垂直举升运动的过程中，栏板中心的坐标变化情况如图3所示。

由图3可以看出栏板中心在水平和铅垂坐标随时间的变化：从0～4 s之间，栏板完成了倾斜5度的运动，在此过程中栏板中心点的位移较小，曲线近似直线；在4 s时，栏板中心的位移曲线发生了变化，这是因为后栏板处于由倾斜运动向垂直举升运动的过渡时刻；从4 s以后栏板开始做垂直举升运动，因此栏板中心在水平方向的前进距离与后退距离基本相当，这是因为在此过程中上下连杆绕着拐臂轴从负30度角旋转到旋转到正30度角。

但是生产设计人员采用仿真方法进行分析存在一定困难，所以，本文给出了可以较精确描述栏板中心点坐标随时间变化的多项式形式的经验公式（2）和（3），方便生产设计人员使用。

4 结论

利用ADAMS软件对车用后栏板举升机构进行了运动仿真，得到了后栏板举升机构在运动过程中栏板中心点的坐标变化规律和速度时间曲线，并给出了描述栏板中心点坐标变化和速度时间规律的经验公式，为分析此机构运动的运动和举升货物的稳定提供了简便方法，并为此类机构的进一步优化设计提供依据。

参考文献

[1] 田杰，商高高，周家付.车用后栏板举升机构的计算机辅助动力学分析[J].拖拉机与农用运输车，2006，33（6）：48-51.

[2] 田杰，商高高.车用后栏板起重装置的运动学分析[J].起重运输机械，2006（10）：31-35.

[3] 刘晶郁.后栏板起重装置的优化设计[J].专用汽车，1997（4）：14-16.

[4] 徐达，陆锦容.专用汽车工作装置原理与设计计算[M].2版.北京：北京理工大学出版社，2002：153-164.

[5] 陈立平，张云清，任卫群，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，2005：249-251.

[6] 张桂菊，肖才远，谭青，等.基于虚拟样机技术挖掘机工作装置动力学分析及仿真[J].中南大学学报：自然科学版，2014（6）：1827-1833.

[7] 李荣丽，贺利乐.煤炭采样机械臂的刚柔耦合动力学建模与仿真分析[J].机械设计，2013（8）：33-36.endprint