基于ADAMS的随车吊作业模拟及强度仿真

高一佳，翟云飞

（1.陕西保利特种车制造有限公司，陕西 西安 710200；2.陕西汽车集团技术中心，陕西 西安 710200）

测试试验

基于ADAMS的随车吊作业模拟及强度仿真

高一佳1，翟云飞2

（1.陕西保利特种车制造有限公司，陕西 西安 710200；2.陕西汽车集团技术中心，陕西 西安 710200）

首先用ADAMS对挖树车吊机作业过程进行了运动仿真，模拟了该吊机提升树木和移动树木的作业过程，并提取了静载分析工况。然后用RADIOSS对该吊机安装座进行了强度分析和结构设计优化。最终得到了能够满足使用强度和刚度要求的结构。

吊机仿真；ADAMS；载荷提取

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-95-02

前言

挖树车一种专门用于苗圃或林场中移栽树木的小型专用车辆，作业效率高、安全可靠、操作灵活，但它通常需要一台吊车伴随作业[1]。本文将要提及的新型挖树车安装了一台随车吊，该附加装置大大提高了作业独立性和作业效率，同时也降低了使用成本。本文将着重分析新增随车吊给挖树机结构带来的强度影响。

1 背景介绍

挖树车主要由履带、车身、变幅臂、挖树铲和随车吊组成。其中挖树铲负责挖树，随车吊负责将挖出的树木吊运到转运车辆上。该随车吊最大跨度5 m，有效起升高度6.7 m，回转角度360°，额定起重量2 t。随车吊由吊机底座、吊机立柱、基础臂、一伸臂、二伸臂、三伸臂、吊索、旋转油缸、举升油缸、伸缩油缸等部件组成，自重600 kg，被吊树木质量660 kg。

由于该吊机作业幅度较大，因此吊机底座受力较为复杂。为准确计算吊机底座的应力分布情况，首先需要使用ADAMS进行作业工程仿真，确定极限工况并提取载荷[2]。然后根据载荷进行进行结构强度分析和设计优化改进[3]。

2 载荷提取

吊机作业顺序如下：首先吊机提升并旋转，各级伸缩臂依次伸出至最远作业距离，然后下降并提起树木，吊机旋转至转运车辆上方并放下树木。

为提取载荷，首先需要建立ADAMS模型，按照上述顺序驱动吊机动作并进行仿真，得到如图1所示的载荷工况。该图展示了3个工况，图1a为右极限位置。安装座最大受力18181 N，扭矩4.71E7 Nm。图1b为中间位置，安装座最大受力16304 N，扭矩4.11E7 Nm。图1c为左极限位置，吊机安装座最大受力16304 N，扭矩4.11E7 Nm。

图1 吊机载荷工况提取

在随后的吊臂提升及回转工况中，随着吊臂力矩的缩短，安装座上的受力随之变小。

3 结构强度分析

图2 吊机强度分析结果

根据上述分析得到的载荷工况，使用RADIOSS对该吊机安装座进行结构静强度分析和结构优化。考虑振动引起的动载荷，静力分析时吊机载荷按照从ADAMS中提取的力值的1.5倍施加。对该有限元模型进行计算，得到如下图2所示的应力分布云图，从左至右分别对应图1中的三个载荷工况。图2a最大应力为382 MPa，图2b最大应力为320 MPa，图2c最大应力为280 MPa，最大值均位于底板安装处，该应力值未超过材料Q550的屈服强度550 MPa。

将上述加强结构分析结果与原始结构对比，可得到下表1：

表1 原始结构与加强结构应力对比表

从表中可看出，结构加强后重量略有增加（14%↑），但最大应力值大幅度下降（68.6%↓），且最大应力并未超过材料的屈服强度，结构安全系数也从0.45增大为1.44。加强后的吊机安装座结构强度能够满足使用要求。

4 结论

对于类似挖树车吊机的受力复杂结构，在进行结构强度分析之前，需要通过ADAMS仿真来获得载荷工况，然后使用有限元强度分析软件进行结构强度分析和优化。通过使用该方法，在略微增加吊机安装底座的同时，大幅提高了结构强度和安全系数。

[1] 汽车发展研究所. 2014年合格证数据统计分析报告[EB/DK],北京:中国汽车技术研究中心,2015.

[2] MSC. Software Corporation. ADAMS Optimization Guide [M],1994(11).

[3] 谭继锦,张代胜.汽车结构有限元分析[M].北京:清华大学出版社.2009:88-118.

[4] 殷时蓉,贾永清,尹信贤.基于ADAMS的高空作业车举升臂动力学研究[J].重庆交通大学学报.2011年05期：55-57.

Process Simulation and Analysis of an Crane Based on ADAMS

Gao Yijia1, Zhai Yunfei2
( 1.Shaanxi Poly Vehicles Manufacturing Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200; 2. Shaanxi Automobile Group Technical Center., Shaanxi Xi'an 710200 )

First ADAMS was used to simulate crane's lifting procedure of tree mover. All the load cases needed by statics analysis were then obtained. Second RADIOSS was used to compute stress and displacement of the mounting base of the crane. According to the analysis results, some improvements were applied. Finally a mounting base having enough strength and stiffness was obtained.

Crane Simulation; ADAMS; Load case recognize

U467.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)19-95-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.032

高一佳，(1982-)，硕士，工程师，现就职于陕西保利特种车制造有限公司，主要研究方向为军用重型卡车和装甲车辆结构强度分析、结构优化及动力学分析等工作。