基于ADAMS的无避让侧方位立体停车设备升降机构设计

王中原 李宣 苏小华

摘 要：为研究无避让侧方位立体停车设备四杆升降机构的运动规律和驱动装置的受力情况，采用SOLIDWORKS三维制图软件对四杆升降机构进行三维建模，利用ADAMS运动学仿真软件对四杆升降机构运动过程进行模拟分析得到四杆升降机构的驱动力，为驱动系统的设计提供重要依据，根据分析结果进行结构优化，得到最优的结构形式。

关键词：侧方位无避让停车;ADAMS仿真;受力分析

中图分类号：U495  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）13-87-03

Design of Lifting Mechanism of Non Avoiding Side Direction Stereo Parking

Equipment Based on ADAMS

Wang Zhongyuan， Li Xuan， Su Xiaohua

（Northern Heavy Industries Group Co.， Ltd.， Liaoning Shenyang 110141）

Abstract： In order to study the motion law of the four-bar lifting mechanism and the force condition of the driving device of the three-dimensional parking equipment without avoidance. Creating a four-bar elevator for 3D modeling by solidWorks. The driving force of the four-bar lifting mechanism is obtained by using ADAMS software to simulate the motion process of the four-bar lifting mechanism， which provides an important basis for the design of the driving system. According to the analysis results， the structure is optimized， and the optimal structure form is obtained.

Keywords： Parking without lateral collision avoidance; ADAMS simulation; Stress analysis

CLC NO.： U495  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）13-87-03

引言

隨着计算机辅助设计的出现和发展，让人们看到了变革传统机械产品设计的曙光，人们逐步将计算机辅助设计融入到机械产品设计中，通过计算机软件处理的相关技术将具体的实物造型展示在眼前，并利用计算机辅助设计技术对其进行分析[1]。这使得机械产品的设计周期大大缩短，可靠性大大提升，降低了产品的生产成本，同时也使得产品更加适合批量化生产。

目前我国城市经济和汽车工业的发展迅速，机动车辆平均增长速度远大于城市停车基础设施的平均增长。立体停车设备以其占地面积少、停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点，越来越受到人们的青睐[2]。无避让侧方位立体停车设备正是其中具有代表性的一种[3]。

无避让侧方位立体停车设备由下横移装置、上载车板、四杆升降机构等主要部件构成。在设计中我们引入数字化设计，分别采用运动学仿真分析软件ADAMS和机械设计软件SolidWorks，分别对设备进行运动学及动力学仿真，通过分析各运行姿态，得出无避让侧方位立体停车设备最优结构和受力情况，为驱动系统的设计提供重要依据[4]。

1 工作原理

四杆升降机构的设计是无避让侧方位立体停车设备的难点。四杆升降机构连接上载车板和立柱，通过驱动装置对四杆机构施加驱动力，改变四杆形状，使上载车板完成升降运动。

图1为四杆升降机构的侧视图，其工作原理为：驱动装置7两端安装于四杆升降机构和底座，作为整个升降机构的驱动力。驱动装置将驱动力传递到四杆升降机构4，带动四杆升降机构形状改动。载车板1与四杆升降机构4和前臂2连接，随着四杆升降机构形状改变，带动载车板升降，实现上下运动。由于四杆升降机构的结构复杂，运动过程中不同的姿态驱动装置的受力大小也不同，为研究四杆升降机构在整个升降过程中驱动装置和各铰接点的受力情况，本文采用虚拟运动学仿真方式进行分析，既省去繁琐的计算，又能得到更直观准确的结果。

2 建立ADAMS实体模型

ADAMS作为专业的运动学和动力学仿真分析软件，其拥有强大的仿真功能，但其实体建模功能较弱，尤其是复杂的几何模型。为减少设计周期和计算量，本文采用SOLID WORKS进行四杆升降机构的实体建模，如图2所示。

从SOLIDWORKS模型中发现，四杆升降机构为对称结构，为减小ADAMS计算量，可以将模型简化，取四杆升降机构的一侧进行建模，将上载车板简化，将简化后的模型导入到ADAMS中，建立ADAMS实体模型，如图3所示。

根据四杆升降机构的实际运动状态，在ADAMS中对已建立四杆升降机构各铰接点施加约束，添加负载质量、运动副摩擦系数等参数，完成ADAMS运动学仿真前的准备工作。

3 仿真结果分析

通过对四杆升降机构ADAMS模型进行运动学仿真，并提取四杆升降机构各铰接点和驱动装置的受力值，得到如下结果，如图4所示。

从ADAMS的仿真结果中发现由于结构限制，四连杆升降机构驱动装置的位移短，因此驱动力过大，若要满足此驱动力，驱动装置体积将非常大，无法布置，成本也会大大增大。加之各铰接点受力也非常大，最大值分别为250KN、100KN、250KN，若要承受此力铰接点连接销轴的直径将很大，从结构合理性、制造成本等方面都不合理。

通过各铰接点对受力曲线的深入分析发现，四杆升降机构在运动的初期各铰接点的受力都非常大，但当其运动过某一点后铰接点的受力明显下降，说明在四杆机构的运动过程中存在运动死点。根据这个发现，对方案进行优化。通过改变四杆形状的方式，使传动角不为0°，进而避开死点位置[5]。优化后的四杆机构运动仿真模型，如图5所示。

对优化后四杆升降机构模型进行运动学模拟，提取各铰接点受力情况，得到如下结果，如图6所示。

优化后的ADAMS的仿真結果表明，四杆升降机构各铰接点受力最大值分别为35KN、32.5KN、30KN，各铰接点受力较之前的方案已经大幅降低，整个运动过程中机构运动所需驱动力也大幅降低，满足设计的需求。根据ADAMS仿真结果对四杆升降机构进行结构设计，并建立四杆升降机构SOLIDWORKS模型，如图7所示。

4 结论

通过SOLIDWORKS、ADAMS等辅助软件，对无避让侧方位立体停车设备的四杆升降机构进行运动学仿真。发现四杆升降机构在运动过程中出现死点，表现为驱动装置的驱动力、各铰接点受力过大的问题。通过深入分析辅助软件的结果，优化设计方案，成功避开了死点位置，提高了四杆升降机构的合理性，降低设备的成本，最终达到最优的设计方案。说明了在机械设计的过程中引入计算机辅助设计对保障设备的平稳运行，满足实际工作的需要起到至关重要的作用。

参考文献

[1] 许乾.计算机辅助设计技术在机械设计中的应用分析[J].科技与创新. 2017（08）.

[2] 俞天明.无避让立体停车库的设计[J].机械工程师.2012（07）.

[3] 程怀舟，周霞.PLC在立体停车库控制系统中的应用[J].建筑机械. 2004（09）.

[4] 王伟，唐向阳，许冬梅.基于ADAMS的立体车库举升臂运动学研究[J].起重运输机械.2011（04）.

[5] 陈杰，厉杰.对于克服平面四杆机构死点位置的方法研究[J].化工管理.2017（01）.