智能平面移动自动化车库研究

智能平面移动自动化车库研究

周贝

宝胜系统集成科技股份有限公司 江苏 扬州 225819

摘要：平面移动式立体车库在现场的立体车库市场占比越来，它不仅具有升降横移、简易升降、垂直循等立体车库的某些优点，同时比其他类型高层的立体车库的驱动方式更多样化、传动更稳定、性价比更高，本文结合平面移动设备的特点，对其举升机构的特点、受力分析进行了全面分析，包括对其强度、刚度进行了校核以及受力的特点、节点受力最大的时间节点。

关键词：立体车库；平面移动式设备；举升机构；有限元

1 平面移动设备的特点

此类立体车库通过移动小车或载车板在平面上的横移运动结合每一层都配置的搬运器或起重机来实现存取车辆过程；升降机把进入车库的车辆提升到目标库层，再由移动搬运小车实现车辆存放到目标车位；搬运器和升降机是分开运动的，车辆的存取速度得到了提高，空间也得到了充分利用，极大的增加了停车规模；因为是多部机器同时运行的，当有机器出现故障了，并不影响整个车库的正常运行，使用很方便；在系统中有许多保险措施，提高了安全性能；利用计算机和触屏界面进行综合管理，实现设备运行的全面监视而且操作简单^[1]。

2 举升机构结构设计特点

举升机构结构根据立柱构造的不同分为单柱式、双柱式、四柱式、剪叉式；而根据驱动方式的差异分为液压式、气压式、电力式。不同立柱优缺点如下图1

图1不同立柱优缺点

3 举升机构的受力分析

3.1受力分析

举升机构采用剪叉式举升机构，由工作平台，液压系统，叉臂组成，工作过程中，液压系统所承受的力度随着载荷高度的变化在变化。为了保证举升机构的正常运行，需要对其进行受力分析。剪叉式举升机构的整体受力分析简化为如图2。

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图2剪叉式举升机构的整体受力分析

其中对受力分析进行受力分析如图3、图4。

图3受力分析受力分析

图4弯矩图

由此弯矩图很容易看出最大弯矩点是B点，如果举升机构在极限状态下能够正常工作，则可以保证整个机构在工作过程中安全的运行。在载荷最大，工作台位置最低时的举升机构，液压系统输出最大的驱动力，此状态是举升机构的极限工作状态，只需分析举升机构在此状态下的受力情况即可。即当α=8°时，B点有最大弯矩，也同样具有最大的轴向力。此时将α=8°、W=30000N、P=2.05W代入上图中的公式，可得最大弯矩M=-11250Nm。计算其轴向力，由图可以分析得知，杆1在α=8°时最大的轴向力发生在CD段：

经过分析，当剪叉式举升机构处于最低位置时，α=8°，所受弯矩最大。

小于杆1最大弯矩点B点处的弯矩值。当举升机构处于最高位置时，α=60°，轴向力最大。同样小于液压作用杆CD段的轴向力。由上述分析，我们重点对杆1进行强度校核。

3.2 横梁的有限元分析

将PRO/E中建立的横梁模型导入到ANSYS软件中，并显示实体；进入前处理，定义材料的属性（弹性模量、泊松比等），在此分析的横梁采用Q235材料，为各向同性材质，弹性模量为E=2.1E+11，泊松比为0.3；进行网格划分；进入处理模块，施加约束和载荷，约束为两端截面全约束，载荷为7750N；最后对模型进行求解，显示结果。横梁在外部载荷作用下最大变形量为0.12mm，与前文的理论计算值相差不大，因此证明了，ANSYS软件分析的正确性、可行性。最大应力为8.0896MPa，最小应力为0.07MPa。

3.3 举升机构的有限元分析

在PRO/E中建立叉杆的数学模型，保存为.igs格式的实体。导入到ANSYS15.0中，分析过程类似上述横梁的步骤，只是在施加力的时候需要将力分解为Y、Z两个方向的力，最大应力为219.7MPa，最小应力为0.15MPa，最大变形量为1.68mm。根据前文的分析，可知举升机构在启动时受力是最大的，如果在此时举升机构能够满足强度要求，那么在整个举升运行过程中都会保证安全可靠。因此最大位移为2.2549mm，最大应力为25.4MPa小于45号钢的许用应力。所以，举升机构在启动时是安全稳定的^[2]

结语： 本文应用PRO/E和ANSYS15.0对平面移动的横梁、举升机构的强度、刚度进行了有限元受力析，可以得到以下几个结论：1）举升机构作为平面移动的重要机构，受力比较复杂，需要用三维建模软件和三维力学分析软件计算，结果才能更加精准；2）有限元分析在结构的强度、刚度校核中比较重要，网格划分的精度决定了最后计算结果的精度，通过对比与手算结果相差较小；3）通过计算，举升机构受到的最大强度及变形发生启动的时候，如果这个节点能满足要求，也说明其他时候都能满足要求。

参考文献：

1. 杨波,李建国,康耀军. 立体车库顾客到达的非齐次泊松过程模拟仿真[J]. 深圳大学学报（理工版）,2021,38(2):121-127.

2. 许京荆.ANSYS 13.0 Workbench数值模拟技术[M].北京:中国水利水电出版社，2012:200-218