基于ANSYS的地下停车库升降平台设计与分析

李培 周道鸿 葛园园

摘要：首先采用Pro/E软件对地下停车库升降平台进行三维建模;其次采用ANSYS软件对升降平台的三维模型中的支架、支撐杆、升降平台、轴承分别进行仿真分析，并得出每部分的位移变化云图和应力变化云图，通过分析得出每部分位移和应力变化最大的位置，即危险位置;最后针对分析结果进行升降平台三维建模的改进.

关键词：升降平台;三维建模;仿真分析;模型改进

中图分类号：TH211  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）08-0066-03

随着社会的发展，汽车的需求量迅速增加，车辆的停放已成为亟待解决的问题之一.因此，对立体车库、地下停车库的研究具有重要意义.目前，地下停车库升降平台的驱动力多用液压驱动，设计成本低、高效、可靠、节能的液压系统对推进液压技术在地下停车工程中的应用有重要意义.

本文采用Pro/E软件对地下停车库升降平台进行三维建模，采用ANSYS软件对三维模型进行仿真分析，对结构中出现应力较大部分进行改进，得出改进后的模型.为地下停车库液压式升降平台的构型设计和控制系统的设计提供研究基础.

1 侧置式液压缸升降机构的设计

1.1 侧置式液压缸升降机构的结构概述

侧置式液压缸升降机构[1]具有6个部分组成如图1所示，即支架、支撑杆、升降平台、轴承、链轮和链条，其工作过程为：液压缸推动支撑杆上升，支撑杆上装有链轮，通过链轮和链条的啮合带动升降平台在支架滑槽内移动.

1.2 侧置式液压缸升降机构的优缺点

由于液压缸的行程有限，并且随着液压缸行程的增加其制造成本和难度也加大.采用侧置式液压缸升降机构[2]配合链轮组使升降行程得到放大，并且具有传动平稳、平均传动比准确、过载能力强以及环境的适应性强等优点，但由于链轮链条的使用，使得该机构的传动噪声较大.

1.3 侧置式液压缸升降机构的参数

1.4 侧置式液压缸升降机构的三维建模

采用Pro/E软件对侧置式液压缸升降机构进行三维建模[3]，如图1所示.

2 侧置式液压缸升降机构的仿真分析

将液压升降平台的三维模型导入到ANSYS软件中，并对其进行静力分析[4-5].液压升降平台主要受力部分为：支架、支撑杆、升降平台、轴承，因此分别对这四个部分进行仿真分析.

2.1 支架的仿真分析

支架的位移变化云图和应力变化云图如图2和图3所示.

通过分析得出：整个支架的位移变化量在4.36×10-4-7.61×10-1mm，相差3个数量级，位移变化差距较大，但与平台的尺寸相比变化不大;整个支架的应力变化量在2.22×10-10-8.13MPa，相差10个数量级，应力变化差距较大，并且与液压缸接触以及和链条铰接的地方应力变化量最大，因此与这两处在整个支架中最危险，应进行改进.

2.2 支撑杆的仿真分析

支撑杆位移变化云图和应力变化云图如图4和图5所示.

通过分析得出：整个支撑杆的位移变化量在0-1.68mm，位移变化差距不大，但与液压缸接触的地方位移变化量最大;整个支撑杆的应力变化量在1.25×10-12-42.68MPa，相差12个数量级，应力变化差距较大，并且与液压缸接触以及链轮中心的地方应力变化量最大，因此与这两处在整个支撑杆中最危险，应进行改进.

2.3 升降平台的仿真分析

升降平台的位移变化云图和应力变化云图如图6和图7所示.

通过分析得出：整个升降平台的位移变化量在0-0.26mm，位移变化差距不大;整个升降平台的应力变化量在1.62×10-6-9.49MPa，相差6个数量级，应力变化差距较大，并且与链条铰接处应力变化量最大，因此该处在整个升降平台中最危险，应进行改进.

2.4 轴承的仿真分析

选用的是深沟球轴承代号6309轴承的外径是100mm，内径是45mm，轴承的宽度是25mm，轴承的材质为GCr15，弹性模量为219GPa，泊松比为0.3，密度为7830Kg/m3，淬火加回火后，屈服强度： 1667-1814MPa.分析轴承在3000N的压力载荷作用下的刚度和强度情况.轴承的位移变化云图和应力变化云图如图8和图9所示.

通过分析得出：整个轴承的位移变化量在0-0.0032mm，位移变化差距不大，但轴承与支撑架接触的底部位移变化量最大;整个轴承的应力变化量在0.038-64.75MPa，应力变化差距较大，并且轴承与支撑架接触的底部轴承的内圈以及滚动体所受应力较大，因此该处在整个轴承中最危险，应进行改进.

3 侧置式液压缸升降机构优化

3.1 优化部分说明

根据升降平台的位移分析及受力分析，对升降平台中每一部分较危险的部分进行改进，具体优化方案如下：

（1）支架中，由于与液压缸接触以及和链条铰接的地方应力变化量最大，这两处在整个支架中最危险，因此对其进行改进，即①将两组链轮链条传动改成了4组链条对称拉升，既解决了平台的倾斜问题，又减少了链条与接触点的接触应力;②在支架与液压缸的底部接触的下部增加一支撑杆，增加支架的强度.

（2）支撑杆中，由于与液压缸接触以及链轮中心的地方应力最大，这两处在整个支撑杆中最危险，因此对其进行改进，即①加两个V形支撑杆，以减小支撑杆底部的受力;②增加4个链轮，以减少每个链轮中心的受力.

（3）升降平台中，由于与链条铰接处应力最大，该处在整个升降平台中最危险，因此对其进行改进，即将两组链轮链条传动改成了4组链条对称拉升，以解决单个链条受力较大的问题.

（4）通过以上改进，可以使支撑架受力较均匀，从而减少轴承应力的值.

3.2 改进后的液压升降平台三维模型

通过改进，得出改进后的液压升降平台三维模型，如图10所示.

4 结论

利用Pro/E软件对液压升降平台进行三维模型，并且利用ANSYS软件对液压升降平台三维模型中支架、支撑杆、升降平台、轴承进行仿真分析，得出每个部分的位移云图和应力云图;通过分析得出每一部分的危险位置，并对该位置进行优化，得出优化后的结构.为液压升降平台的构型设计及控制部分的研究提供基础.

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参考文献：

〔1〕刘蕾，高伟光.剪叉式升降平台设计及应用研究[J].航空精密制造技术，2018（01）：56-59.

〔2〕陆天宇，雍嘉浩，等.老旧小区立体车库节能式液压升降系统的设计[J].传动技术，2018（03）：36-39.

〔3〕卢浩，王春.自动升降平台设计研究[J].机械工程师，2018（12）：74-76，81.

〔4〕张雨佳，张凯，等.某型升降平台托架机构有限元分析[J].内燃机与配件，2018（01）：66-67.

〔5〕杨鹏.升降平台动力学仿真与强度分析[D].哈尔滨工程大学，2019.3-6.

〔6〕杨卫.东风4B内燃机车柴油机运转故障的分析与处理[J].长春大学学报，2019（06）.