基于ADAMS的门座起重机钢丝绳动力学仿真

王运辉

摘要：ADAMS的门座起重机钢丝绳动力学是在采用Polyline建模以及离散化建模相结合的形式，并根据门座起重机钢丝绳的特点，经过模拟的测验的方法。这种方法能够使仿真度得到提高，主要能实现钢丝绳的缠绕方式，真是反映了振动对系统的影响。

关键词：ADAMS；门座起重机；钢丝绳；动力学分析

门座起重机的结构特点具有变幅、运行、起重以及回转，在起重机的种类中受力比较复杂的一类起重机，发广泛运用于各大港口、码头、以及较大的建筑工程中。

1 钢丝绳建模方法的种类

1.1 离散化建模

1.1.1 离散化建模的特性

离散化建模主要是将整段的钢丝绳离散为多个刚性个体，然后将这些个体进行重新连接，这种方法是为了模拟钢丝绳的韧性。这些刚性圆柱体主要通过相对于整段钢丝绳的长度足够小的时候，尤为凸显了钢丝绳在力学上比较柔韧的特征，而这些刚性体在模拟钢丝绳的过程中主要依靠与滑轮的接触，从而实现转动与缠绕。

1.1.2 离散建模法的优缺点

这样做的优点在于他能够实现钢丝绳和滑轮间的卷绕活动。然而这样做也有其缺点，就是这种建模方法的模型比较大、对仿真动力的参数影响较大，而且仿真的效率比较低。

1.2 Polyline简化建模

1.2.1 Polyline简化建模的特性

Polyline的建模方法主要是实现机械系统的运动，这种建模方法主要是为了实现钢丝绳在与滑轮同步运动过程中，振动对于系统的影响。

1.2.2 对于Polyline建模方法的假设

基于这种建模方法有下面几种假设：①钢丝绳与滑轮间在不存在相对滑动出现的情况；②钢丝绳质量、摩擦不计的情况下有哪些问题；③钢丝绳在运动中始终处于紧绷的状态对于建模成型后的影响。

1.2.3 Polyline离散化建模的优缺点

Polyline离散化建模优点主要是，建模的方法比较简单，仿真率也是比较高的，且能够有效地传递钢丝绳与滑轮之间的运动。其缺点是不能反映振动对系统的影响。

1.3 离散化建模与Polyline简化建模的对比

根据离散化建模的缺点，随着钢丝绳长度的增加，相应的离散体的数量也在增加，导致了仿真的时间随之拉长。相对于离散化建模，Polyline简化建模具有较高的仿真率，且时间也较少，因此在建模过程中能够有效反应钢丝绳的受力情况。

2 门座起重机中仿真动力学ADAMS与Pro/E比较

在动力学仿真软件上，主要以CAD软件中的Pro/E以及CAE软件中的ADAMS为主，而这两种技术的联合使得动力学仿真技术更加成熟与实用。ADAMS本身具有三维建模的技术，但是对于门座起重机的建模还是有一定的能力限制，因此在建模过程中需要ADAMS与Pro/E彼此合作来完成建模任务。

2.1 Pro/E中MQ1625的建模

2.1.1 MQ1625的建模方案

Pro/E中MQ1625的在建模中有以下几项原则：①能够单独建立大型的相对运动的零部件；②这种建模方法不影响主体结构的动力学仿真以及其他结构，在不影响技术参数的情况下降低难度提高建模计算速度；③主要建立起重机模型的主体。

2.1.2建模中数据传递方式

Pro/E与ADAMS间数据传递方式主要有两种，一种是通过为ADAMS专门开发的Pro/E专用接口进行数据的直接传递；另一种是通过ADAMS与Pro/E都可以识别的文件，比如Xt、step以及iges等。

2.2 ADAMS仿真动力学建模

2.2.1 ADAMS的前处理

ADAMS的文件主要靠外部导入，因此在进行仿真动力學钱要进行前处理的工作。ADAMS与Pro/E是两款不同的软件，两者间在数据传递时一定存在着漏洞，而ADAMS的前处理工作主要是将两者在数据传递过程中丢失的零件信息进行找回。

2.2.2 模型重命名

由于ADAMS通过外部导入传递零件，而在大型建模过程中，需要对这些零件进行重命名，以便识别这些零件，在国内一般采用拼音来代替零件的名称。

2.2.3 质量属性的赋值

质量属性的赋值，是为了ADAMS在数据传递过程中丢失的零件文件，导致参数丢失，需要通过质量的属性对这些丢失的零件参数进行重新赋值。这种质量赋值一般采用的是输入密度的方式，这种方式好处在于修改密度能够使零件结构的质量和设计值比较相近。以此同时，质量的重新赋值，系统也会对转动惯量的参数进行自动计算。

2.2.4 在建模中添加运动约束

添加运动约束，是为了改变建模是模型的运动方式，使得仿真动力的成功运用起到决定作用。起重机在转动的过程中起到重要作用，但在添加运动约束后，降低了转动的效果，约束的命名上也要以后续检查和维修的需要，将名称简单化，方便识别。

2.2.5 典型的运动仿真注意点

（1）初始状态。典型工况下，运动仿真主要是结合门座起重机的在实际运用好中遇到的情况，对ADAMS的运动路线进行规划。初始状态下臂架摆动平面英语门座起重机的轨道相垂直，并使其处在最大幅度的范围，起吊的额定载荷静止不动。

（2）起升电机时。起升电机时在不考虑振动影响的情况下，分别选取臂架的下铰点、上铰点、象鼻梁与大拉杆铰点、大拉杆与人字架铰点的受理情况进行分析。

由于起重机的变幅、回转、起升的过程中，受力情况的波动与实际情况基本吻合。而模型多为多刚体模型，链接过程中没有采取韧性连接，使得曲线比较平滑，这种情况也符合建模。

3 总结

本文通过离散化建模与Polyline建模的特性进行比较，选择适合门座起重机钢丝绳系统的建模方法，根据它们的优缺点，合理完善建模方法，提高建模过程的效率，对建模方法进行分析，解决困难点。而利用Pro/E和ADAMS这两种建模软件，能够有效地解决建模中运动仿真的实用可行性。通过这两个软件的结合使用解决了起重机建模过程中的各种困难，为门座起重机的设计制造提供了重要的帮助。

参考文献：

[1]黄祥声，曾钦达.基于ADAMS的门座起重机钢丝绳动力学仿真[J].起重运输机械，2012，（07）：109112.