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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)裝置符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)。 通過動(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)，上臂油缸開始工作。 上臂角度范圍為0°至66°。 在工作過程中，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]。 通過運(yùn)動(dòng)仿真，得到了高空作業(yè)平臺(tái)運(yùn)行過程中的運(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)的工作過程，確定計(jì)算條件。上升過程中，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）。 起重過程，工作平臺(tái)在工作過程中保持水平，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，因此加速度符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)[6]。 4.2起重過程動(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)算過程中，將力簡化成兩個(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工作裝置的虛擬樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真得到。 通過觀察平臺(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)速度和加速度通過國家高空作業(yè)平臺(tái)安全標(biāo)準(zhǔn)。 通過對工作裝置虛擬樣機(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)。 通過有限元分析軟件建立工作裝置的有限元模型。 通過對工作裝置的分析，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 [1]黃桂芬，陳明年。 中國飛行器研究進(jìn)展綜述[J]，機(jī)電技術(shù)，2012,35（1）：2-5。 （用中文（表達(dá)） [2]張力。 我國飛行器發(fā)展現(xiàn)狀分析[J]。 今日工程機(jī)械，2013（9）：52-53。 （用中文（表達(dá)） [3]李瑞濤，方梅，張文明。 金屬礦虛擬樣機(jī)技術(shù)的概念與應(yīng)用[J]。 金屬礦，2000（5）：38-40。 （用中文（表達(dá)） [4]黃紅忠，祖旭，張旭。 虛擬樣機(jī)技術(shù)及其發(fā)展[J]。 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2004,35（2）：168-171。 （用中文（表達(dá)） [5]鄭建榮。 ADAMS：虛擬樣機(jī)技術(shù)的介紹和改進(jìn)[M]。 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.（中文） [6] GB / T 9465-2008 [S]。 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.（中文） [7] Beermann H J.商用車輛車架的靜態(tài)分析：混合有限元和分析方法[J]。 國際汽車設(shè)計(jì)雜志，1984,5（1-2）：26-52。 [8] Kim HS，Huh H.使用有限元法的車輛結(jié)構(gòu)倒塌分析[J]。 國際汽車設(shè)計(jì)雜志，2004（21）：436-449。 [9]馮遵維，陳德強(qiáng)，儲(chǔ)永平。 基于PW80的HyperWorks靜態(tài)強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度計(jì)算與分析[J]。 鐵路車輛，2013,51（3）：6-9。 （用中文（表達(dá)） - 9 -