【導(dǎo)讀】本文介紹了42t集裝箱叉車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用由橫置液壓缸組成的一組六連桿機(jī)構(gòu)，為了保證車輪轉(zhuǎn)向時(shí)作純滾動，需對六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。向半徑變化曲線，為分析叉車的轉(zhuǎn)向性能提供了依據(jù)。ADAMS中建立叉車的整車模型，仿真結(jié)果證明優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效。

　　

【正文】 庫中的旋轉(zhuǎn)副 （ Jiont： Revolute）圖標(biāo) ，參數(shù)選擇 2 Bod1 Loc 和 Normal To Grid。在 ADAMS/View 工作窗口中先用鼠標(biāo)左鍵選擇連桿，然后選擇轉(zhuǎn)向節(jié)臂。 顯亮的部分就是所創(chuàng)建的旋轉(zhuǎn)副 (JOINT_2)該旋轉(zhuǎn)副連接 19 連桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使連桿能相對轉(zhuǎn)向節(jié)臂旋轉(zhuǎn)。 4） 輪胎與轉(zhuǎn)向節(jié) 臂 施加旋轉(zhuǎn)副 在 ADAMS/View 中用鼠標(biāo)左鍵選擇約束庫中的旋轉(zhuǎn)副 （ Jiont： Revolute）圖標(biāo) ，參數(shù)選擇 2 Bod1 Loc 和 Normal To Grid。在 ADAMS/View 工作窗口中先用鼠標(biāo)左鍵選擇輪胎，然后選擇轉(zhuǎn)向節(jié)臂。 接著先后選擇輪胎上的 和轉(zhuǎn)向節(jié)臂上的，該旋轉(zhuǎn)副連接輪胎和轉(zhuǎn)向節(jié)臂 ,使輪胎和轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間作相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 5） 轉(zhuǎn)向油缸和地面施加移動副 在 ADAMS/View 中用鼠標(biāo)左鍵選擇約束庫中的 移動副（ Joint： Translational）圖標(biāo)， 參數(shù)選擇 2 Bod2 Loc 和 Pick Feature。在 ADAMS/View 工作窗口中先用鼠標(biāo)左鍵選擇連接部分 轉(zhuǎn)向油缸 ，然后選擇 地面 ，接著先后選擇連接部分上的 轉(zhuǎn)向油缸 和 地面 ，這時(shí)出現(xiàn)白色箭頭，移動鼠標(biāo)，使白色箭頭的方向與 地面 平行，然后連續(xù)點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵兩次，這樣定義了連接部分 轉(zhuǎn)向油缸 在 地面 上做移動運(yùn)動。該移動副聯(lián)結(jié)連接部分 轉(zhuǎn)向油缸和地面 ,使連接部分 轉(zhuǎn)向油缸和地面 之間作相對移動運(yùn)動。 6） 創(chuàng)建輪胎模型 ADAMS/Tire 是研究輪胎 /道路相互作用的建模可選模塊。利用該模塊工程師可以更方便地計(jì)算側(cè)向力、自動回正力矩及由于路面不平而產(chǎn)生的力，進(jìn)行裝備不同輪胎的整車在各種路面條件下的多組道路試驗(yàn)。 ADAMS/Tire 可以計(jì)算輪胎為克服滾動阻力而受到的垂向、縱向和側(cè)向載荷；仿真研究車輛在制動、轉(zhuǎn)向、加速、滑行、滑移等大變形工況下的動力學(xué)特性；研究車輛的穩(wěn)定性，計(jì)算汽車的偏轉(zhuǎn)、俯仰和側(cè)傾特性；其輸出力和加速度數(shù)據(jù)可以作為有限元軟件包的輸入載荷進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)力和疲勞特性研究。 ADAMS/Tire 模型的數(shù)據(jù)輸入形式多樣，既可 以是輪胎特性，也可以是試驗(yàn)數(shù)據(jù)表。軟件中包含荷蘭 Delft 工業(yè)大學(xué) HansPacejka 教授與瑞典 Volvo 汽車公司合作開發(fā)的“ Magic Formula”輪胎模型（ MF 輪胎）。 ADAMS 軟件提供 4 種輪胎模型： UA 模型、 Fialia 模型、 Smithers 模型和 DELFT模型 。 另外 ， 用戶還可以自定義輪胎模型 。本文 采用 UA 輪胎 ， 主要特性參數(shù)如表 2所示 。 表 主要特性參數(shù) Table Main parameters 參數(shù) 數(shù)值 主半徑 R/mm 次半徑 r/mm 20 縱向滑移剛度 KS/(N.(176。 )1) 3680 側(cè)偏剛度 KS/(N.(176。 )1) 外傾剛度 KS/(N.(176。 )1) 徑向相對阻尼系數(shù) 滾動阻力系數(shù) f 步驟是：在工具欄上單擊圓環(huán)體按鈕，在圖形區(qū)單擊鼠標(biāo)左鍵并拖動鼠標(biāo)就可以創(chuàng)建圓環(huán)體，在主半徑（ Major Radius）中輸入 ，在次半徑（ Minor Radius）中輸入。 7） 創(chuàng)建驅(qū)動（移動副上施加驅(qū)動） 在 ADAMS/View 驅(qū)動庫中選擇 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動（ Rotational Joint Motion）按鈕 ， 然后在圖形區(qū)點(diǎn)選上步創(chuàng)建的移動副，就可以創(chuàng)建一個(gè)常值函數(shù)驅(qū)動，這并不能滿足要求，需要在驅(qū)動圖標(biāo)上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇【 Motion： Motion1】 ，然后點(diǎn)擊【 Modify】后彈出編輯驅(qū)動的對話框，在 Function(time)后的輸入框中輸入 40*sin(time)，單擊 OK 按鈕 [5]。 8） 創(chuàng)建得到的模型 最后得到的模型為： 圖 創(chuàng)建得到的模型 Model created by 保存模型 在 ADAMS/View 中，選擇 File 菜單中的 Save Database As 命令，如圖 所示。系統(tǒng)彈出保存模型對話框，輸入保存的路徑和模型名稱，按 OK，保存叉車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模型 chache。如圖 所示。 21 保存模型命令 Save the model order 圖 保存模型對話框 Save Model dialog box 22 3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的仿真 ADAMS 提供了強(qiáng)大的參數(shù)化建模功能。在建立模型時(shí)，根據(jù)分析需要，確定相關(guān)的關(guān)鍵變量，并將這些關(guān)鍵變量設(shè)置為可以改變的設(shè)計(jì)變量。在分析時(shí)，只需要改變這些設(shè)計(jì)變量值的大小，虛擬樣機(jī)模型自動得到更新。如果，需要仿真根據(jù)事先確定 好的參數(shù)進(jìn)行，可以由程序預(yù)先設(shè)置好一系列可變的參數(shù)， ADAMS 自動進(jìn)行系列仿真，以便于觀察不同參數(shù)值下樣機(jī)性能的變化。 進(jìn)行參數(shù)化建模時(shí)，確定好影響樣機(jī)性能的關(guān)鍵輸入值后， ADAMS/View 提供了 4種參數(shù)化的方法： （ 1）參數(shù)化點(diǎn)坐標(biāo) 在建模過程中，點(diǎn)坐標(biāo)用于幾何形體、約束點(diǎn)位置和驅(qū)動的位置。點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)化時(shí)，修改點(diǎn)坐標(biāo)值，與參數(shù)化點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的對象都得以自動修改。 （ 2）使用設(shè)計(jì)變量 通過使用設(shè)計(jì)變量，可以方便的修改模型中的已被設(shè)置為設(shè)計(jì)變量的對象。例如，我們可以將連桿的長度或彈簧的剛 度設(shè)置為設(shè)計(jì)變量。當(dāng)設(shè)計(jì)變量的參數(shù)值發(fā)生改變時(shí)，與設(shè)計(jì)變量相關(guān)聯(lián)的對象的屬性也得到更新。 （ 3）參數(shù)化運(yùn)動方式 通過參數(shù)化運(yùn)動方式，可以方便的指定模型的運(yùn)動方式和軌跡。 （ 4）使用參數(shù)表達(dá)式 使用參數(shù)表達(dá)式是模型參數(shù)化的最基本的一種參數(shù)化途徑。當(dāng)以上三種方法不能表達(dá)對象間的復(fù)雜關(guān)系時(shí)，可以通過參數(shù)表達(dá)式來進(jìn)行參數(shù)化。 參數(shù)化的模型可以使用戶方便的修改模型而不用考慮模型內(nèi)部之間的關(guān)聯(lián)變動，而且可以達(dá)到對模型優(yōu)化的目的。參數(shù)化機(jī)制是 ADAMS 中重要的機(jī)制。 叉車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學(xué)仿真分析系統(tǒng)分為前 處理、分析計(jì)算和分析結(jié)果后處理三個(gè)部分，前處理模塊實(shí)現(xiàn)叉車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學(xué)模型的參數(shù)化建模功能；分析計(jì)算模塊實(shí)現(xiàn)可以根據(jù)各種分析項(xiàng)目的不同輸入不同的工況參數(shù)，自動實(shí)現(xiàn)對不同工況邊界條件的模擬，自動選取求解方法、求解精度和仿真時(shí)間長短，并自動完成動力學(xué)仿真分析計(jì)算；后處理模塊實(shí)現(xiàn)詳盡方便的的分析結(jié)果后處理功能，使設(shè)計(jì)人員能很方便地了解叉車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種性能數(shù)據(jù)的變化情況，用以指導(dǎo)設(shè)計(jì)工作。 前處理模塊是用來實(shí)現(xiàn) 叉車 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學(xué)模型的參數(shù)化建模功能的，為了 建立比較真實(shí)的叉車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學(xué)模型，在模型參數(shù)輸入界面上提供了盡量詳盡的產(chǎn)品參數(shù) 輸入窗口，這些參數(shù)包含了幾何尺寸和物理參數(shù)兩部分，幾何尺寸中又分為基本參數(shù)和誤差參數(shù)。 根據(jù) 叉車 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)理論研究和實(shí)際需要， 叉車 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學(xué)分析仿真系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的分析仿真項(xiàng)目有兩種： 叉車 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)測量力的仿真分析。 測量車輪偏轉(zhuǎn)角，叉車轉(zhuǎn)向 時(shí)，為保證車輪作純滾動，以內(nèi)轉(zhuǎn)向輪的偏角為β，外 23 轉(zhuǎn)向輪的偏角為α。需滿足如 下關(guān)系式 [6]。 cotα－ cotβ =M/L （ 1） 式中： α 外輪偏轉(zhuǎn)角；β 內(nèi)輪偏轉(zhuǎn)角。 式（ 1）可以變形為： α =arccot（ cotβ +M/L） （ 2） 以β 為實(shí)際運(yùn)動的轉(zhuǎn)角，α 實(shí) 作為測量的車輪的偏角，α 理 作為式（ 2）計(jì)算的理論車輪偏角，可得叉車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動的轉(zhuǎn)角誤差 e： e=|α 實(shí) α 理 | （ 3） 創(chuàng)建傳感器 如圖 所示 ，使得測量的誤差值有效，在仿真時(shí)須限制轉(zhuǎn)角β 不超過最大值。選擇 SimulateSensornew，創(chuàng)建傳感器。選擇 POINT_ PONIT_3 和 POINT_6 組成的角度≥ 176。時(shí)，系統(tǒng)終止仿真。 圖 創(chuàng)建傳感器 Create Sensor 24 圖 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的仿真模型 Steering the simulation model 對主銷距 M = 1 640mm、節(jié)臂初始角 θ = 87176。 、轉(zhuǎn)向節(jié)臂長 r = 214mm、液壓缸偏距 e= 108mm 和連桿長 l= 203mm 的系統(tǒng)進(jìn)行仿真測試 , 得到的 測試結(jié)果 曲線 如圖 、圖 、圖 所示。 圖 理想曲線 Ideal curve 25 圖 實(shí)際運(yùn)行的曲線 Actual running of the curve 圖 誤差曲線 Error curve 從圖 可以看得出， α 的理論與仿真值得誤差最小為 0176。，最大值為 176。，平均累計(jì)誤差為 176。.為提高轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向性能，可以對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 26 4 叉車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 在建立好參數(shù)化模型后，當(dāng)取不同的設(shè)計(jì)變量，或者當(dāng)設(shè)計(jì)變量值的大小發(fā)生改變時(shí)，仿真過程中，樣機(jī)的性能將會發(fā)生變化。而樣機(jī)的性能怎樣變化，這是設(shè)計(jì)研究主要考慮的內(nèi)容。在設(shè)計(jì)研究過程中，設(shè)計(jì)變量按照一定的規(guī)則在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行取值。根據(jù)設(shè)計(jì)變量值的不同，進(jìn)行一系列仿真分析。在完成設(shè)計(jì)研究后，輸出各次仿真分析的結(jié)果。通過各次分析結(jié)果的研究，用戶可以得到以下內(nèi)容： （ 1）設(shè)計(jì)變量的變化對樣機(jī)性能的影響。 （ 2）設(shè)計(jì)變量的最佳取值。 （ 3）設(shè)計(jì)變量的靈敏度， 即樣機(jī)有關(guān)性能對設(shè)計(jì)變量值的變化的敏感程度。 優(yōu)化是指在系統(tǒng)變量滿足約束條件下使目標(biāo)函數(shù)取最大值或者最小值。目標(biāo)函數(shù)是用數(shù)學(xué)方程來表示模型的質(zhì)量、效率、成本、穩(wěn)定性等。使用精確數(shù)學(xué)模型的時(shí)候，最優(yōu)的函數(shù)值對應(yīng)著最佳的設(shè)計(jì)。目標(biāo)函數(shù)中的設(shè)計(jì)變量對需要解決的問題來說應(yīng)該是未知量，并且設(shè)計(jì)變量的改變將會引起目標(biāo)函數(shù)的變化。在優(yōu)化分析過程中，可以設(shè)定設(shè)計(jì)變量的變化范圍，施加一定的限制以保證最優(yōu)化設(shè)計(jì)處于合理的取值范圍。 另外對于優(yōu)化來說，還有一個(gè)重要的概念是約束。有了約束才使目標(biāo)函數(shù)的解為有限個(gè)，有了約束才能排除不 滿足條件的設(shè)計(jì)方案。 通常，優(yōu)化分析問題可以歸結(jié)為：在滿足各種設(shè)計(jì)條件和在指定的變量變化范圍內(nèi)，通過自動地選擇設(shè)計(jì)變量，由分析程序求取目標(biāo)函數(shù)的最大值或最小值。 4． 1 定義設(shè)計(jì)變量 采用參數(shù)化點(diǎn)的方式來建模時(shí)，參數(shù)化點(diǎn)主要提供多體系統(tǒng)模型中各個(gè)對象（部件、約束、標(biāo)架、力、力元等）的位置坐標(biāo)，修改對象通過修改這些參數(shù)化點(diǎn)來完成。因此在參數(shù)化點(diǎn)方式參數(shù)化建模時(shí)，參數(shù)化點(diǎn)是最基本的要素。參數(shù)化點(diǎn)方式建模的步驟大致為：確立參數(shù)化點(diǎn) 創(chuàng)建參數(shù)化點(diǎn) 創(chuàng)建模型部件 創(chuàng)建聯(lián)接關(guān)系 創(chuàng)建驅(qū)動、力或者力元。 以轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 的 4 個(gè)獨(dú)立參數(shù) x=（ m， q， s， n）作為設(shè)計(jì)變量。對各設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化，完成模型的參數(shù)化建模。 在 build 菜單選擇 Design Variable,在子菜單中選擇 New，彈出對話框，然后進(jìn)行變量定義。