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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目
附錄1：外文翻譯
基于虛擬樣機(jī)和有限元方法的高空作業(yè)平臺(tái)工作裝置性能分析
郭金泉，何鴻文，孫超
a北京理工大學(xué)電動(dòng)車輛國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京100081
b北京理工大學(xué)北京電動(dòng)汽車協(xié)同創(chuàng)新中心，北京100081
摘要
本文建立了基于虛擬樣機(jī)和有限元方法的高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)裝置模型。 通過(guò)軟件ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，得到了運(yùn)動(dòng)速度和加速度。 移動(dòng)速度和加速度顯示，高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)裝置符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)。 通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真，得到了工作裝置之間的關(guān)節(jié)力，將關(guān)節(jié)力輸入到Hyperworks軟件建立的有限元模型中。 工作裝置應(yīng)力分布仿真結(jié)果表明，所選材料滿足工作要求; 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。
1介紹
高空作業(yè)平臺(tái)是將工作人員送到指定地點(diǎn)的機(jī)械設(shè)備[1]。 在高空作業(yè)平臺(tái)的作業(yè)過(guò)程中，工作人員在作業(yè)平臺(tái)上控制作業(yè)裝置。 由于高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)裝置的工作環(huán)境較高，與作業(yè)人員的安全和裝置的正常運(yùn)行有關(guān)，因此作業(yè)裝置的性能是研究的必要條件[2]。本文介紹了一種安全方法的高空作業(yè)平臺(tái)及工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 采用運(yùn)動(dòng)學(xué)方法分析工作性能是否達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，采用動(dòng)力學(xué)和有限元分析工作裝置是否滿足強(qiáng)度要求
2平臺(tái)結(jié)構(gòu)與工作原理高空作業(yè)
圖1演示了高空作業(yè)平臺(tái)的工作裝置。 有兩個(gè)油缸使下臂和上臂工作。 下臂由下油缸移動(dòng)。 下臂的角度范圍為0°至75°。 上油缸不工作，直到下油缸停止工作。 當(dāng)下油缸停止工作時(shí)，上臂油缸開(kāi)始工作。 上臂角度范圍為0°至66°。 在工作過(guò)程中，工作臺(tái)一直保持水平，確保工作人員的安全。
（a）高空作業(yè)平臺(tái)工作裝置
3建立工作裝置的虛擬樣機(jī)
我們利用ADAMS的虛擬樣機(jī)軟件建立了高空作業(yè)平臺(tái)的虛擬樣機(jī)模型[3,4]。 通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真，得到了高空作業(yè)平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)速度和加速度值。 移動(dòng)速度和加速度值與國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，檢查是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)[5]。 通過(guò)動(dòng)力學(xué)模擬，我們得到了每個(gè)工作裝置鉸接點(diǎn)之間的力。 對(duì)有限元模型輸入節(jié)點(diǎn)力，分析高空作業(yè)平臺(tái)的工作裝置應(yīng)力。
根據(jù)高空作業(yè)平臺(tái)的最大承載質(zhì)量，本文在工作平臺(tái)底部垂直施加2000N的向下的力。
4工作狀態(tài)的模擬分析
根據(jù)高空作業(yè)平臺(tái)的工作過(guò)程，確定計(jì)算條件。上升過(guò)程中，下臂氣缸單獨(dú)工作，下臂完成升降運(yùn)動(dòng)時(shí)間為30s，下臂與水平線之間的角度為75°。下臂達(dá)到預(yù)定角度時(shí)，下臂停止工作，上臂開(kāi)始工作，上臂完成上升運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為30s，上臂與水平線之間的角度為141° 。 整個(gè)升降運(yùn)動(dòng)由STEP功能控制，下臂氣缸驅(qū)動(dòng)的STEP功能為：（時(shí)間30,22.28,31,0），上臂氣缸STEP功能為：（時(shí)間，30,0,31，-22.55）。
起重過(guò)程，工作平臺(tái)在工作過(guò)程中保持水平，保證了工作人員的安全。
4.1起重運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析過(guò)程
圖2顯示了工作平臺(tái)的水平和垂直位移，速度和加速度曲線。
圖2.（a）水平; （b）垂直
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，高空作業(yè)平臺(tái)的最大加速度為0.5g，該模擬顯示高空作業(yè)平臺(tái)最大加速度僅為0.43m / s2，因此加速度符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)[6]。
4.2起重過(guò)程動(dòng)力學(xué)仿真分析
圖3（a）顯示了回轉(zhuǎn)平臺(tái)和下臂之間的鉸接力曲線。 圖3（b）顯示了回轉(zhuǎn)平臺(tái)和下臂缸之間的鉸接力曲線。 圖3（a）可以看出在工作裝置開(kāi)始工作時(shí)出現(xiàn)的最大力。
（a）回轉(zhuǎn)臺(tái)和下臂關(guān)節(jié)力; （b）回轉(zhuǎn)臺(tái)和下臂缸接合力
圖4（a）顯示了中間軸和上臂之間的鉸鏈連接力曲線。 圖4（b）顯示了中間軸和上臂氣缸之間的鉸鏈連接力曲線。 圖4（a）和圖4（b）顯示，在工作裝置上出現(xiàn)的最大力量開(kāi)始工作。
圖4.（a）中間軸和上臂關(guān)節(jié)力; （b）中間軸和上臂油缸的關(guān)節(jié)力
·4.3工作裝置有限元網(wǎng)格的方法
高空作業(yè)平臺(tái)的工作裝置可以通過(guò)靜力分析的有限元方法進(jìn)行分析[7,8]。 利用有限元分析方法，可以提高高空作業(yè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度水平并加以改進(jìn)[9]。 當(dāng)高空作業(yè)平臺(tái)工作時(shí)，會(huì)承擔(dān)自重和人員重量，靜態(tài)特性不僅與工作裝置工作正常有關(guān)，而且關(guān)系到工作人員的安全。 所以高空作業(yè)平臺(tái)部件的有限元分析是必要的。
本文采用有限元分析軟件Hyperworks建立了高空作業(yè)裝置部件的有限元分析模型。 整個(gè)有限元模型由562,803個(gè)單位，498,538個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。 該模型如圖5（a）所示。
圖5.（a）航空工作裝置部件的有限元分析模型
5確定邊界條件
高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)時(shí)，作業(yè)平臺(tái)由下臂氣缸和上臂氣缸驅(qū)動(dòng)。 因此，在有限元模型的工作裝置中，約束點(diǎn)位于下臂和上臂氣缸的氣缸軸線與其他部件之間。 根據(jù)動(dòng)態(tài)分析的模擬結(jié)果，對(duì)約束點(diǎn)進(jìn)行水平和垂直加載分解的力。 下臂缸和上臂缸采用RB2單元進(jìn)行仿真。 為了限制回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 該模型在底部添加了約束條件。
圖6（a）顯示了約束后工作裝置的有限元模型。
（a）約束后工作裝置的有限元模型
在計(jì)算過(guò)程中，將力簡(jiǎn)化成兩個(gè)相等的載荷分配到下臂和上臂鉸鏈上，在工作臺(tái)的底部加載一個(gè)2000N的垂直向下的力。
5.1靜態(tài)強(qiáng)度計(jì)算和分析
高強(qiáng)度鋼HG70工作裝置的材料選擇，屈服極限σ= 590MPa，彈性模量E = 210000N / mm2，泊松比μ= 0.3。
圖7（a）顯示了最大工作力的應(yīng)力條件。 圖7（b）顯示了組件中的應(yīng)力條件。 回轉(zhuǎn)平臺(tái)下臂鉸鏈工作裝置出現(xiàn)最大應(yīng)力位置，應(yīng)力值為277MPa。 因此材料的選擇滿足工作裝置的強(qiáng)度要求。
圖7.（a）最大工作力下的應(yīng)力條件; （b）回轉(zhuǎn)平臺(tái)的受力情況
6結(jié)論
工作臺(tái)中心的位移，速度和加速度曲線通過(guò)工作裝置的虛擬樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真得到。 通過(guò)觀察平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)曲線，證明平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是穩(wěn)定的。 平臺(tái)移動(dòng)速度和加速度通過(guò)國(guó)家高空作業(yè)平臺(tái)安全標(biāo)準(zhǔn)。 通過(guò)對(duì)工作裝置虛擬樣機(jī)的動(dòng)力學(xué)仿真，得到連接鉸鏈的受力曲線和最大受力。 數(shù)據(jù)提供了高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)裝置的有限元分析參數(shù)。
通過(guò)有限元分析軟件建立工作裝置的有限元模型。 通過(guò)對(duì)工作裝置的分析，得到了工作裝置的靜態(tài)應(yīng)力分布。 本文所用的工作裝置材料為高強(qiáng)度HG70鋼板，彈性模量為590MPa，最大應(yīng)力為277MPa，因此所選部件的材料能滿足強(qiáng)度要求。
參考
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