基于Solidworks Motion的备胎架收放装置结构优化研究

专⽤汽⻋TECHNIC FORUM基于Solidworks󰀁Motion的备胎架收放装置结构优化研究Optimization Research of Structure of Spare Tire Rack Based on Solidworks Motion 彭超󰀁󰀁󰀁󰀁李⽴顺󰀁󰀁󰀁󰀁李红勋PENG󰀁Chao󰀁et󰀁al军事交通学院 天津 300161摘 要：某专用车备胎架进行收放的过程中，在放下的起始阶段和收起的结束阶段，会出现运动不平稳的现象[1]。针对这个现象，对其产生的原因进行了研究分析，通过Solidworks Motion软件对该备胎架收放装置的结构进行了优化设计，并且验证了优化方案对解决备胎架收放抖动问题的有效性。关键词：备胎架 结构改进 仿真分析Abstract In the process of carrying spare tire, the spare tire rack of a special vehicle will jitter and be instability in the initial stage of the descent process or in the end stage of recovery stage. In this paper, the causes of this phenomenon are studied and analyzed, and Solidworks Motion is used to optimize the structure of the retracting device and prove the effectiveness of the improved scheme to solve the vibration problem.Key words spare tire rack; structure improvement; simulation analysis中图分类号：U 463.32+6 ⽂献标识码：A ⽂章编号：1004-0226(2017)01-0092-03第一作者：彭超，男，1993年生，硕士研究生，现从事特种车辆仿真方面的研究。.com.cn. All Rights Reserved.1󰀁󰀁前⾔某专用车底盘采用常流式动力转向系统，并在动力转向系统的基础上增加一个回路，通过液压缸实现备胎架的收放，备胎架收放液压原理图如图1所示[2]。备胎架收放过程中，发动机处于怠速状态，液压缸液压杆速度恒定，但备胎在下降的起始阶段和收放的结束阶段，速度很快，加速度较大，备胎架运动不平稳。为了解决这个问题，笔者分析了备胎架结构方面存在的问题，对备胎收放装置的机架进行了改进，经过仿真验证，机构运动问题得到了较好地改进。2󰀁󰀁备胎架建模与运动仿真2.1󰀁󰀁Solidworks软件建模备胎架各组成部分如图2所示。为便于分析，本文对备胎架装置的结构进行了简化，在计转向液压泵 转向液压泵 转向控制阀 备胎收放控制阀 平衡阀备胎收放液压缸 图1󰀁󰀁备胎架收放液压原理图算时忽略了液压缸和各杆件的质量，只考虑车轮的质量108.5 kg，摇臂的摆角范围为°~232°，建立了三维实体模型，备92TECHNIC FORUM专⽤汽⻋胎架运动设定的极限位置如图3所示。度较大，其中备胎起始速度为34.5 rad/s，之后角速度减小且变化较快，在最小速度附近一段时间内趋于稳定，最小速度约为7.4 rad/s ，之后速度缓慢上升至末端速度，约为13.6 rad/s 。a) ,(,角角备胎运动销活塞杆液压缸机架a构件图2󰀁󰀁备胎架装置组成,图4󰀁󰀁备胎架运动过程⻆度、⻆速度变化曲线备胎架下降过程的速度变化快慢特性，类似于四杆机构的232°急回特性。四杆机构的急回特性是当曲柄匀速转动时，摇杆往°复摆动的平均速度有较大差异。备胎收放装置的一部分如图5所示，与机架左侧相连的连架杆作为曲柄，与机架右侧相连的是液压缸，曲柄整周转动时，液压缸做往复运动，类似四杆机构的摇杆。图3󰀁󰀁备胎架极限位置2.2󰀁󰀁Motion仿真Motion是Solidworks内部运动仿真插件，不需复杂设置，即可获得机械运动到任意位置时零件的运动轨迹、位移、速度、加速度等仿真结果。因为备胎架下降时，发动机处于怠速状态，泵的流量近似等于液压缸的流量，因而对于液压缸活塞杆的运动，有：VQ Q1A A2 （1） AD24 （2） 销 曲柄 活塞杆 机架 液压缸图5󰀁󰀁备胎架装置右侧部分式中，Q1为液压缸流量，L/min；Q2为泵的流量，L/min； A为对该机构进行仿真分析，设定曲柄角速度为1 rad/s，使曲无杆腔活塞面积，mm2；D为无杆腔活塞直径，mm。柄做整周运动，设置仿真时间为15 s，每秒仿真步数为25步，查阅资料得知，该型号车辆的转向助力泵怠速状态下流量运行仿真，仿真分析结果如图6所示，得到液压缸的运动规Q26 L/min，无杆腔活塞直径D=66 mm。计算可得，备胎架下律。由图6可见，ab段液压缸的摆动平均速度明显大于bc段，放过程，活塞杆的速度V近似等于29.2 mm/s。在Solidworks 从而可知该备胎架装置也存在类似的急回特性，这种急回特性Motion软件中，先设定好备胎收放装置的起始角度，与水平面使备胎收放速度较难控制。夹角为°，设定活塞杆添加相对液压缸的速度为29.2 mm/s，设置仿真时间为18 s，每秒仿真步数为25步。运行仿真，并对仿真结果进行处理，如图4所示。图4中，a1、aa2点分别表示备,胎架高处起始点的角速度和角度，b1、b2点分别表示备胎架下角降末位置的角速度和角度。从a2点到b2点，备胎架从高处起始位置下降到底端末位置，实现了备胎所在运动杆件与水平面从0°转动到232°的过程。备胎架下降的过程，前一段时间速时间,图6󰀁󰀁急回特性运动规律93.com.cn. All Rights Reserved.专⽤汽⻋TECHNIC FORUM3󰀁󰀁备胎架改进[3]由图4中备胎架仿真结果可知，备胎架下降过程的前一段时间速度较大且变化快；后一段时间速度较小，变化较小；中间过程速度最小且平稳。这种结构设计的缺陷，使得备胎下降初始时产生抖动，速度较大。本文采用的改进方法是，通过改变机架结构位置改变运动杆件的位置。这种方法相对简单，能较好地达到预期效果。由备胎运动仿真结果可知，下降末端速度是13.6 rad/s，可知备胎位于低处时，速度较小，而备胎位于高处时，其起始速度为34.5 rad/s，下降速度过快，极易造成危险。改进方案的目的是使备胎下降过程避免出现速度较大的位置，即保持运动构件之间相对位置不变，仅调整机架结构位置和机架与运动构件连接方式，相当于使原运动构件相对于原机架逆时针转动一定角度。由图4备胎架仿真结果可知，当备胎架从°转动到特定位置90°时，速度大幅减小且更加平稳，故取原运动构件逆时针转动26°，最终使备胎下降初始速度减小。备胎架改进过程简图如图7所示，改进方案与原方案三维模型对比如图8所示。Motion中的设置与前述原备胎架的仿真设置类似。将仿真结果与原备胎架的仿真结果对比分析，改进后的方案与原备胎架装置进行备胎下降时角速度变化的比较，如图9所示，曲线的端点c1、d1分别表示原备胎架和改进后备胎架与水平面成°位置处的角速度值，曲线末端c2、d2分别表示原装置及改进方案与水平面成232°位置处的角速度值。 35302520151050510时间, s1520d1c1原装置改进方案,角d2c2图9󰀁󰀁改进⽅案与原装置对⽐图通过分析可以得知，改进方案能较好地解决备胎放下过程开始阶段速度较大的问题，在备胎下降过程中速度相对平稳，同时改进方案也能够满足备胎收放需要的角度，即实现备胎架与水平面夹角从°到232°的变化。.com.cn. All Rights Reserved.原备胎架 改变备胎架机架 改进后备胎架5󰀁󰀁结语本文通过Solidwork软件对备胎架收放装置进行建模及仿真优化，在原运动构件相对位置不变的基础上，改变机架构造以及机架与运动部件的连接位置，从而使备胎架在下降初始阶段能够合理避开速度较大的位置，有效改善了备胎收放过程中高处运动的不平稳现象，提高了装备使用的可靠性。图7󰀁󰀁备胎架改进过程简图参考⽂献詹隽青,贾英杰,李立顺等.备胎收放系统优化改进[J].起重运输机械,2015(07):111-[1] 改进前改进后114.[2] 吴彦,董红赞.对采煤机摇臂调高抖动问题的研究[J].煤矿机电,2007(1):19-20.[3] 崔锐,李娟.平衡阀在采煤机液压系统中的使用[J].机械工程师, 2012(9):-.图8󰀁󰀁⽅案与原⽅案三维模型对⽐图4󰀁󰀁改进⽅案的仿真验证通过Solidworks Motion软件对方案进行仿真验证，收稿⽇期：2016-11-03，更快！度畅速更新更加流阅读 《专用汽车》杂志目前在蜘蛛网、锋阅网、龙源期刊网、博刊网、读览天下等国内正版电子杂志平台推出了原版数字杂志，可支持在iPhone、iPad、Android、Kindle、iRiver Story、SONY Reader、Nook等手机和电脑终端实现自由阅读。（定价半年54元，全年108元） 扫描二维码或至上述网站App Store及各大应用市场搜索专用汽车杂志下载，阅读终端,尽情畅读。 更多详情请咨询：027-59756918苹果、安卓应用商城即可下载