題目：采用移動Marker點(diǎn)的舉升機(jī)動力學(xué)建模頁第1章緒論舉升機(jī)構(gòu)自卸汽車和其他類型的汽車中最大的區(qū)別，然而舉升機(jī)構(gòu)的好壞往往決定了舉升的性能，不同的類型的自卸車舉升機(jī)構(gòu)也會有所不同，隨著工業(yè)發(fā)展的進(jìn)步，在自卸車這方面的需求越來越大。1.1研究背景和意義如今我們中國的發(fā)展越來越快，不管哪個行業(yè)發(fā)展都非常的迅速，我國的經(jīng)濟(jì)也得到了快速的增長。伴隨著我國經(jīng)濟(jì)快速增長，市場對自卸車的需求也在日益增加，舉升機(jī)構(gòu)在基建、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等行業(yè)大放異彩的同時也得到了技術(shù)方面的成熟。從1990年初自卸汽車誕生開始，自卸汽車是基于專用貨車底盤改裝而成，后來隨著國家政策的實(shí)施，到2019年國家承認(rèn)這種委托其他貨車公司完成自卸汽車上裝的模式[]。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展和國家“一帶一路”等政策的導(dǎo)向下，市場多元化的需求，為自卸汽車制造業(yè)提出了更高的要求，使用新材料、新技術(shù)成為了自卸汽車業(yè)迫在眉睫的難題。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，最近五年載貨汽車產(chǎn)量持續(xù)增長，如圖1-1所示，2016年累計(jì)產(chǎn)量300.5萬輛較2015年同比增長10%；2017年累計(jì)產(chǎn)量344.1萬輛，同比增長14%；2018年累計(jì)產(chǎn)量371.73萬輛，同比增長7.8%[]。圖SEQ圖\*ARABIC1-1載貨汽車年產(chǎn)量隨著載貨汽車的產(chǎn)量不斷上漲，預(yù)示著自卸載貨汽車市場還擁有大的余量，市場大了自然而然產(chǎn)量就大，所以我國現(xiàn)在的自卸汽車市場依然火熱。如圖1-2所示，民用載貨汽車的擁有量也是逐年上漲，除民用微、中型載貨汽車市場變化不大以外，其他類型的載貨汽車市場需求量還有空間。圖1-2各類型載貨汽車年擁有量然而自卸式貨載汽車和普通的汽車就一個比較大的差別，那就是舉升機(jī)構(gòu)，舉升機(jī)構(gòu)發(fā)展的好，那么自卸式載貨汽車的發(fā)展那也應(yīng)該好。另一方面市場的需求催生著舉升機(jī)構(gòu)的不斷改進(jìn)。舉升機(jī)構(gòu)作為自卸汽車最重要的機(jī)構(gòu)之一，目前技術(shù)不夠成熟成為了國內(nèi)自卸汽車發(fā)展的一個障礙。使得自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)成為了大多數(shù)學(xué)者專家想要突破的一個熱點(diǎn)。本文也將在前輩已有的研究成果上進(jìn)行D式舉升機(jī)構(gòu)的動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)分析，并提出自己的觀點(diǎn)，為舉升機(jī)構(gòu)的后續(xù)發(fā)展提供一定的理論基礎(chǔ)。本課題主要研究的是自卸汽車D式舉升機(jī)構(gòu)的性能的影響參數(shù)，通過SIMPACK軟件仿真分析，找到會影響舉升機(jī)構(gòu)性能的各種參數(shù)影響，通過對這些影響參數(shù)的分析然后再對D式舉升機(jī)構(gòu)的舉升性能分析，能讓自卸汽車達(dá)到安全、方便、快捷、高效率的工作，希望通過本次對于D式舉升機(jī)構(gòu)的研究能為后續(xù)舉升機(jī)構(gòu)的發(fā)展及自卸汽車行業(yè)提供一定的參考。從商業(yè)角度來說，本次的探究對于縮短生產(chǎn)廠家生產(chǎn)周期對、舉升機(jī)構(gòu)生產(chǎn)成本等方面有一定的積極作用，且提升了新產(chǎn)品的研發(fā)效率。從使用角度來說，對于自卸汽車的安全使用、穩(wěn)定工作、提升效率等方面有較大的提升，加快工程進(jìn)度，在基建、環(huán)衛(wèi)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的工作效率顯著提升。最后，從社會價值來說，通過D式舉升機(jī)構(gòu)的研究，對于我國汽車工業(yè)的發(fā)展有促進(jìn)作用，對我們自卸汽車技術(shù)及自卸汽車發(fā)展水平在國際上的地位有一個提升。1.2國外及國內(nèi)研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀對于舉升機(jī)構(gòu)在國外的發(fā)展來說，較國內(nèi)而言起步很早，國外的專家學(xué)者對此也作了大量的工作。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，歐美國家創(chuàng)建了采用由研究、分析、優(yōu)化改進(jìn)一系列所組成的工作過程，這一方面來說縮短了研發(fā)周期，提高了效率，另一方面來說，為自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的發(fā)展提供了一種較傳統(tǒng)方法來的新的思路。對于自卸車舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化方面來說，國外比國內(nèi)發(fā)展的更早，研究內(nèi)容、研究方法也更多。早在1980年起，富荷公司美國與巴西、西德廠家采用多節(jié)套筒缸液壓系統(tǒng)用于三面卸車型。富荷公司專用汽車的生產(chǎn)水平在國際上首屈一指，專業(yè)化、系統(tǒng)化的生產(chǎn)，完善的技術(shù)水平，在20世紀(jì)馳騁于世界專用汽車最頂峰。在1986年T.F.Talbot和J.H.Appleton就對造成自卸汽車失去平衡的原因和計(jì)算方法進(jìn)行了研究[]。2002年L.Ginzburg[]等人采用計(jì)算和實(shí)驗(yàn)一起得辦法對自卸汽車的橫向穩(wěn)定性就行了探究。2003年Takano[]等人創(chuàng)建了一個三自由度的車輛動力學(xué)模型，仿真了車輛在不一樣的工況下的情況，對自卸車側(cè)翻進(jìn)行了仿真分析。作為世界汽車工業(yè)最發(fā)達(dá)的日本、美國、德國，在舉升機(jī)構(gòu)舉升穩(wěn)定性及舉升安全性能方面作了大量研究。此外，在自卸汽車的控制系統(tǒng)及舉升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面作出了巨大的貢獻(xiàn)，而今國外自卸汽車也正朝著大噸位、輕量化、一體化的方向發(fā)展[]。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國自卸汽車研究制造的起步晚，近年來不斷引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行改良，對技術(shù)不斷的研究也從一部分方面對我國自卸汽車的發(fā)展有一定的促進(jìn)作用，但是國外在自卸汽車的生產(chǎn)制造方面還是大大領(lǐng)先于國內(nèi)。隨著改革開放現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)展，自卸汽車在各行各業(yè)大放異彩，在城市環(huán)衛(wèi)、基建、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面發(fā)揮著重要的作用。自卸汽車的發(fā)明使得各項(xiàng)生產(chǎn)效率得到顯著的提高，舉升機(jī)構(gòu)的研發(fā)節(jié)約了大量人力物力財力，在現(xiàn)代社會發(fā)展中成為了不可缺少的一部分。如今計(jì)算機(jī)的發(fā)展很快，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也發(fā)展的很快，在我們國內(nèi)有很多的自卸汽車專家和學(xué)者通過計(jì)算機(jī)仿真對舉升機(jī)構(gòu)做出了很多的設(shè)計(jì)，也對舉升機(jī)構(gòu)有了很多的研究，大多數(shù)都是通過3D建模軟件和動力學(xué)分析軟件建立舉升機(jī)的動力學(xué)模型并進(jìn)行動力學(xué)分析，通過動力學(xué)分析的結(jié)果，做出對舉升機(jī)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu)方面很大的改進(jìn)。2004年天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院崔新濤、畢鳳榮利用機(jī)械多體動力學(xué)分析軟件ADAMS對杠桿式液壓舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動力學(xué)仿真分析，創(chuàng)建約束，施加驅(qū)動，得出了分析結(jié)果，為后來強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)[]。2008年天津理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院利用workingmodel動力學(xué)自動分析軟件用五個舉升機(jī)構(gòu)部位載荷(車廂)、三角臂、支撐桿、液壓缸體和液壓活塞桿建立幾何模型，得到了關(guān)鍵部位和關(guān)鍵點(diǎn)隨卸貨時間的力的變化曲線[]。2012年重慶大學(xué)趙劍利用三維建模及動力學(xué)分析軟件創(chuàng)建了舉升機(jī)構(gòu)三維實(shí)體模型，在對舉升機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，還對F式自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)整車動力學(xué)進(jìn)行了仿真分析，最后按照分析結(jié)果進(jìn)行了改進(jìn)并且提出了改進(jìn)方案，為后續(xù)對于自卸汽車的研究提供了一定的基礎(chǔ)[]。2014年青島大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院朱龍龍、劉大維、葛緒坤結(jié)合柔體建模理論采用模性柔態(tài)表示物體彈性，把物體柔性考慮到舉升機(jī)分析中來這樣得到的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，這為舉升機(jī)構(gòu)的發(fā)展又開辟了新的一篇[]。2015年廣西科技大學(xué)袁利東利用ABAQUS軟件對T式舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真，采用多目標(biāo)拓?fù)渌悸?，針對三角臂、副車架等關(guān)鍵機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了輕量化的目標(biāo)，在舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面的發(fā)展提供了幫助[]。目前我國的一些機(jī)構(gòu)和高校還結(jié)合網(wǎng)絡(luò)理論對舉升機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)集成化、一體化，舉升機(jī)構(gòu)也朝著安全智能的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控、科學(xué)化的管理。隨著自卸車的廣泛應(yīng)用，其安全及可靠性能得到了重視，關(guān)于這方面的研究工作越來越多。1.3研究的方法和內(nèi)容本文大致采用文獻(xiàn)綜合分析法、數(shù)學(xué)方法、計(jì)算機(jī)仿真分析法，通過對于國內(nèi)外文獻(xiàn)的收集整理，明確D式舉升機(jī)構(gòu)的研究重難點(diǎn)，理清研究思路進(jìn)行仿真分析，列舉動力學(xué)方程，進(jìn)行受力分析并數(shù)學(xué)演變計(jì)算，最后利用計(jì)算機(jī)仿真軟件SIMPACK進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析。找出各種影響因素。本課題主要是針對一款現(xiàn)有的D式舉升機(jī)構(gòu)自卸汽車，采用SIMPACK動力學(xué)仿真軟件對D式舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析，并簡略提出對舉升機(jī)構(gòu)舉升性能參數(shù)看法。具體工作如下：首先對研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了探討，討論了我國及汽車工業(yè)發(fā)展先進(jìn)國家自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀。然后介紹了基礎(chǔ)運(yùn)動學(xué)理論并同時介紹了移動MAKER點(diǎn)的定義、應(yīng)用。緊接著進(jìn)行了舉升機(jī)構(gòu)的原理簡介，建立了舉升機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型并進(jìn)行了動力學(xué)分析及受力分析。設(shè)置不同的輸入工況進(jìn)行分析評價。最后進(jìn)行了全文總結(jié)，論述了研究結(jié)論，指出研究不足指出并致謝。本章首先從自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和市場環(huán)境入手，對舉升機(jī)構(gòu)目前的研究背景進(jìn)行了分析，對本課題的研究意義進(jìn)行了簡單的描述，隨后通過文獻(xiàn)的廣泛分析研究，對舉升機(jī)構(gòu)的國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了分析探討，并指出了舉升機(jī)構(gòu)目前發(fā)展的方向，最后簡要闡述了本課題對D式舉升機(jī)構(gòu)的研究方法與研究內(nèi)容。

第2章動力學(xué)的理論背景及自卸式汽車舉升機(jī)構(gòu)的介紹隨著社會發(fā)展的進(jìn)步，動力學(xué)的應(yīng)用越來越廣泛，不僅僅應(yīng)用于簡單的物體分析，隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，動力學(xué)仿真的應(yīng)用也越來越多。2.1動力學(xué)理論背景2.1.1動力學(xué)理論基礎(chǔ)動力學(xué)是理論力學(xué)的一個分支，它研究作用在物體上的力與其運(yùn)動之間的關(guān)系。動力學(xué)的研究對象是一個速度遠(yuǎn)小于光速的宏觀對象。原子和亞原子粒子的動力學(xué)屬于量子力學(xué)，而與光速相對應(yīng)的高速運(yùn)動的研究屬于相對論力學(xué)。動力學(xué)是物理學(xué)和天文學(xué)的基礎(chǔ)，也是許多工程學(xué)科的基礎(chǔ)。許多數(shù)學(xué)發(fā)展往往與解決動力學(xué)問題有關(guān)，因此數(shù)學(xué)家對動力學(xué)有著濃厚的興趣。動力學(xué)的研究是以牛頓運(yùn)動定律為基礎(chǔ)的，牛頓運(yùn)動定律的建立是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。動力學(xué)是牛頓力學(xué)或經(jīng)典力學(xué)的一部分，但自20世紀(jì)以來，動力學(xué)往往被理解為以工程技術(shù)應(yīng)用為重點(diǎn)的力學(xué)分支。動力學(xué)的基本內(nèi)容包括粒子動力學(xué)、粒子系統(tǒng)動力學(xué)、剛體動力學(xué)和達(dá)朗伯原理。在動力學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的應(yīng)用學(xué)科包括天體力學(xué)、振動理論、運(yùn)動穩(wěn)定性理論、陀螺力學(xué)、外彈道等，變質(zhì)力學(xué)和多剛體系統(tǒng)動力學(xué)的發(fā)展等。2.1.2動力學(xué)應(yīng)用動力學(xué)的研究使人們能夠掌握物體的運(yùn)動規(guī)律，為人類提供更好的服務(wù)。例如，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，解釋了開普勒定律，為現(xiàn)代星際航行開辟了道路。自20世紀(jì)初相對論問世以來，他先后發(fā)射了探月、火星、金星等航天器，使牛頓力學(xué)中的時空概念和力學(xué)基本概念發(fā)生了許多變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)物體的速度接近光速時，經(jīng)典動力學(xué)完全不適用。然而，在工程等實(shí)際問題中，宏觀物體的運(yùn)動速度比光速慢，牛頓力學(xué)的研究不僅精度高，而且相對簡單，所以經(jīng)典動力學(xué)仍然是解決實(shí)際工程問題的基礎(chǔ)，需要考慮的因素也越來越多在機(jī)械系統(tǒng)中。例如變質(zhì)量、非整數(shù)、非線性、非保守、反饋控制、任意因子等，導(dǎo)致運(yùn)動微分方程越來越復(fù)雜，能夠找到正確答案的問題越來越少。許多動力學(xué)問題都有相似的數(shù)字分析方法，通過微型、高速、大平臺的計(jì)算機(jī)應(yīng)用解決了復(fù)雜的計(jì)算難題。簡化處理和分析，建立相應(yīng)的力學(xué)模型，在相應(yīng)的力學(xué)理論基礎(chǔ)上建立研究系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在系統(tǒng)參數(shù)條件下進(jìn)行系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)和仿真系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析。2.1.3多體系統(tǒng)動力學(xué)從20世紀(jì)60年代到80年代，航空航天和機(jī)械領(lǐng)域出現(xiàn)了兩類不一樣的數(shù)學(xué)建模方法，方法分別是拉格朗日方法和笛卡爾方法。這些方法的主要區(qū)別在于對剛體位型的描述。航天領(lǐng)域形拉格朗日方法是相對坐標(biāo)法，以RobersonWittenburg方法作為代表，以系統(tǒng)的每個鉸的一堆鄰接為單元，以一個剛體作為參考，另外一個剛體相對這個剛體的位置由鉸的廣義坐標(biāo)來描述的，廣義坐標(biāo)一般為鄰接剛體之間的相對轉(zhuǎn)角或者位移。這樣開環(huán)系統(tǒng)的位置完全可以由所以鉸的拉格朗日坐標(biāo)陣q所確定其動力學(xué)方程的形式為拉格朗日坐標(biāo)陣的二階微分方程組，公式如公式（2.1）（2.1）這種形式首先在解決拓?fù)錇闃涞暮教炱鲉栴}時推出。它的優(yōu)點(diǎn)是方程個數(shù)最少，樹系統(tǒng)的坐標(biāo)數(shù)等于系統(tǒng)自由度，以及動力學(xué)方程比較容易轉(zhuǎn)化為常微分方程組(ODEs-OrdinaryDifferentialEquations)。但方程呈出嚴(yán)重的非線性，為了能讓方程有程式化與通用性，在矩陣A與B中常常包含描述系統(tǒng)拓?fù)涞男畔ⅲ湫问较喈?dāng)復(fù)雜，而且在選擇廣義坐標(biāo)時需人為干預(yù)，不利于計(jì)算機(jī)自動建模。不過目前對于多體系統(tǒng)動力學(xué)的研究比較深入，現(xiàn)在有幾種應(yīng)用軟件采用拉格朗日的方法也取得了較好的效果。對于非樹系統(tǒng)，拉格朗日方法要采用切割鉸的方法以消除閉環(huán)，這引入了額外的約束使得產(chǎn)生的動力學(xué)方程為微分代數(shù)方程，不能直接采用常微分方程算法去求解，需要專門的求解技術(shù)。機(jī)械領(lǐng)域形成的笛卡爾方法是一一種絕對坐標(biāo)方法，即Chace和Haug提出的方法，以系統(tǒng)中每-一個物體為單元，建立固結(jié)在剛體上的坐標(biāo)系，剛體的位置相對于-一個公共參考基進(jìn)行定義，其位置坐標(biāo)(也可稱為廣義坐標(biāo))統(tǒng)一為剛體坐標(biāo)系基點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)與坐標(biāo)系的方位坐標(biāo)，方位坐標(biāo)可以選用歐拉角或歐拉參數(shù)。單個物體位置坐標(biāo)在二維系統(tǒng)中為3個，三維系統(tǒng)中為6個(如果采用歐拉參數(shù)為7個)。對于由N個剛體組成的系統(tǒng)，位置坐標(biāo)陣q中的坐標(biāo)個數(shù)為3N(二維)或6N(或7N)(三維)，由于鉸約束的存在，這些位置坐標(biāo)不獨(dú)立。系統(tǒng)動力學(xué)模型的一般形式可表示為（2.2）式中為位置坐標(biāo)陣的約束方程，為約束方程的雅可比矩陣，為拉格朗日乘子。這類數(shù)學(xué)模型就是微分-代數(shù)方程組(DAEs-DifferentialAlgebraicEquations),也叫歐拉-拉格朗日方程組(Euler-LagrangeEquations),它的方程個數(shù)比較多，系數(shù)矩陣表現(xiàn)為稀疏狀，適用計(jì)算機(jī)自動建立統(tǒng)一的模型進(jìn)行處理。笛卡爾方法對于多剛體系統(tǒng)的處理不區(qū)分開環(huán)與閉環(huán)(即樹系統(tǒng)與非樹系統(tǒng))，統(tǒng)一處理。2.2舉升機(jī)構(gòu)簡介舉升機(jī)構(gòu)是自卸汽車最重要的部件，大致組成有液壓缸、副車架、三角臂、拉桿等，按照常用方式分類分為直推式及連桿組合式兩種，其中直推式應(yīng)用較為廣泛。1.直推式舉升機(jī)構(gòu)直推式舉升機(jī)構(gòu)，字面意思就是這個機(jī)構(gòu)的工作原理，直接通過液壓缸的動力推動車廂完成舉升動作的操作。直推式直接推動完成舉升這也就說明這種舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)很簡單，它的結(jié)構(gòu)相對比較緊湊、舉升的工作效率也比較高，所以應(yīng)用也比較廣泛。受限于舉升高度的問題，常常采用多級伸縮式液壓油缸來搭配配置。直推式舉升機(jī)構(gòu)有兩種類型，它通過液壓缸和車體的連接位置不同，有前置式和后置式兩種類型。前置式需要的舉升力較后置式低，前置式常常應(yīng)用單缸，而后置式所需要的舉升力比較高可應(yīng)用多缸。其中后置雙缸并列直推式舉升機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡單，布置優(yōu)化、舉升穩(wěn)定性高等特點(diǎn)應(yīng)用最為廣泛，但由于其橫向剛度較差，也飽受詬病。雙缸舉升存在著液壓力分配不均，油缸漏油，舉升不同步的缺點(diǎn)，故本課題不選用直推式舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究[]。2.連桿組合式連桿組合式的舉升機(jī)構(gòu)一般由液壓缸、副車架、三角臂、拉桿和車廂組成。具有油缸行程短，舉升穩(wěn)定性高，結(jié)構(gòu)簡單緊湊的優(yōu)點(diǎn)，大多采用單缸配置。通常布置有三種分別為D式、T式、F式：（1）D式D式又稱加伍德式舉升機(jī)構(gòu)，D式舉升機(jī)構(gòu)通過三角臂與車廂底板相連推動車廂，具有舉升性能好，并能承受較大的偏置載荷;舉升支點(diǎn)在車廂幾何中心附近,車廂受力狀況較好。但該機(jī)構(gòu)舉升力系數(shù)較大,工作效率較低的優(yōu)點(diǎn)[]。（2）T式T式又稱馬勒里式舉升機(jī)構(gòu)，同D式相同，也是三角臂與車廂底板相連進(jìn)行舉升，但相比于D式機(jī)構(gòu)，其舉升支點(diǎn)更靠近于車廂的前端，且到達(dá)最大舉升高度時，液壓桿幾乎處于垂直狀態(tài)，具有穩(wěn)定性好，油缸最大推力較小,油壓特性好的優(yōu)點(diǎn)。但舉升機(jī)構(gòu)較大,油缸在舉升過程中的擺角較大,工作行程也較大，結(jié)構(gòu)相對于較復(fù)雜[]。（3）F式F式又稱浮動油缸式舉升機(jī)構(gòu)，同上述兩種類型不同，其油缸的一端直接與車廂底板相連,另一端不是固定在車架上,而是可以隨著車廂的翻轉(zhuǎn)而運(yùn)動,故稱為油缸浮動式舉升機(jī)構(gòu)。其拉桿與車廂底板相連，舉升支點(diǎn)靠近車廂前部，舉升效果較好，工作效率比較好，但其結(jié)構(gòu)不緊湊，工作角度較大[]。綜合以上對于現(xiàn)有舉升機(jī)構(gòu)的分析，每一種形式都有利有弊，下表2-1對于現(xiàn)有舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了綜合比較：表SEQ表\*ARABIC1-1各類型舉升機(jī)構(gòu)對比表項(xiàng)目直推式D式T式F式結(jié)構(gòu)高度、質(zhì)量油缸工作壽命穩(wěn)定性應(yīng)用環(huán)境簡單緊湊較小可單可雙較短較差重型側(cè)傾汽車較簡單適中單缸適中適中中、重型汽車較復(fù)雜較大單缸較高適中輕、中型汽車較復(fù)雜較大單缸較高適中重型汽車2.3本章小結(jié)本章首先對動力學(xué)背景的介紹，動力學(xué)的發(fā)展過程，然后現(xiàn)存常用的自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了簡介，并且通過對比分析的方法分析了不同舉升機(jī)構(gòu)的適用環(huán)境，還對比分析了各種舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

第3章D式舉升機(jī)構(gòu)的介紹及分析前文介紹了舉升機(jī)構(gòu)的類型，而本文選擇的是D式舉升機(jī)構(gòu)，隨著工業(yè)發(fā)展的進(jìn)步，D式舉升機(jī)構(gòu)在生活中的應(yīng)用也是越來越廣泛。3.1D式舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作原理1.結(jié)構(gòu)D式舉升機(jī)構(gòu)的組成主要有底座、左拉桿、右拉桿、左三角臂、右三角臂、液壓缸、活塞和車廂。當(dāng)做平面圖時，我們簡化了結(jié)構(gòu)，從而使運(yùn)動圖更加簡單易懂。如圖3-1所示，液壓缸（DC）、三角臂（ABC）、拉桿（DC）、車廂（U型框）如圖以為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，A、B、C、D和U型框?yàn)榕e升初始位置，其中底座和液壓缸鉸接于D點(diǎn)，底座和拉桿鉸接于D點(diǎn)，拉桿和三角臂鉸接于C點(diǎn)，三角臂和液壓缸活塞鉸接于B點(diǎn)，三角臂和車廂鉸接于A點(diǎn)。當(dāng)舉升機(jī)舉升的角度為時，舉升機(jī)構(gòu)的位置為A’、B’、C’、D、U型框（虛線）[]。2.D式舉升機(jī)構(gòu)工作原理當(dāng)駕駛?cè)藛T按下舉升按鈕后，如圖所示液壓缸的推力作用于三角臂的C點(diǎn)，這個時候拉桿在三角臂的B點(diǎn)有拉力，進(jìn)而三角臂的A點(diǎn)開始轉(zhuǎn)動，舉升動作就開始了。圖3-1D式舉升機(jī)構(gòu)原理圖3.2D式舉升機(jī)構(gòu)的幾何分析D式舉升機(jī)構(gòu)包括液壓臂（液壓缸）、拉桿、三角臂、車廂，分別對其進(jìn)行受力分析和運(yùn)動學(xué)分析才能完整了解舉升機(jī)構(gòu)受力狀態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)1.車廂以車廂與副車架后端鉸接點(diǎn)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，三角臂與車廂鉸接點(diǎn)定義O1，重心點(diǎn)定義為O2，。車廂在舉升過程中一共受三個力作用，即車廂及貨物的重力G，三角臂的推力F2，后鉸接點(diǎn)支撐反作用力F1，并定義任意舉升時刻拉桿車廂鉸接點(diǎn)（O1）與原點(diǎn)O形成的夾角為；車廂重心點(diǎn)O2與原點(diǎn)所形成的夾角為γ（以上角度參考平面均為軸）。車廂受力分析圖如下圖3-2所示：圖3-2車廂受力圖由于整個卸貨的過程可忽略運(yùn)動對其的影響，可根據(jù)理論力學(xué)理論可建立運(yùn)動學(xué)方程：公式（3.1）公式（3.2）公式（3.3）根據(jù)上述（3.1）（3.2）（3.3）式可得：公式（3.4）公式（3.5）公式（3.6）上述式中：、為三角臂鉸接點(diǎn)在、軸上的分力。、后鉸接點(diǎn)支撐反力在、軸上的分力。2.液壓臂液壓臂受到車廂反作用力及三角臂作用力，在兩個力的作用下繞點(diǎn)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動，以轉(zhuǎn)動點(diǎn)D原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，受力分析如下圖3-3所示：圖3-3液壓臂受力圖根據(jù)力矩平衡可得：公式（3.7）式中：、分別為C點(diǎn)在、軸上的坐標(biāo)值。D式舉升機(jī)構(gòu)的動力來源是液壓臂，液壓臂在舉升過程中不斷伸長，三角臂作平面的圓周運(yùn)動。拉桿及液壓臂連接三角臂，在舉升機(jī)構(gòu)舉升過程中，鉸接點(diǎn)A繞O作以O(shè)為圓心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，運(yùn)動的軌跡為圓弧。同樣以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，如下圖3-4所示：圖3-4液壓臂角度圖根據(jù)坐標(biāo)關(guān)系可得：公式（3.8）式（3.12）中：、、、分別為A、B鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)，表示B、A鉸接點(diǎn)間的距離（下述式子同理，不再贅述）。同理可寫出其余表達(dá)式：公式（3.9）公式（3.10）公式（3.11）公式（3.12）通過本節(jié)上述式子可確定任何舉升時刻下三角臂的坐標(biāo)。而鉸接點(diǎn)O1的坐標(biāo)可通過上節(jié)設(shè)定的角度運(yùn)用三角函數(shù)知識得到LCD,即液壓臂長度D。設(shè)液壓臂初始長度為D0，則任意時刻的長度D及液壓臂的行程L可由以下式子計(jì)算：公式（3.13）公式（3.14）本節(jié)通過對D式舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行直角坐標(biāo)系的建立，運(yùn)用坐標(biāo)級三角函數(shù)知識對D式舉升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動進(jìn)行了分析，同時提供了液壓臂長度的計(jì)算方式。3.拉桿拉桿受到車廂的反作用力和鉸鏈點(diǎn)D的反作用力，在兩個力的作用下實(shí)現(xiàn)繞D轉(zhuǎn)動，以轉(zhuǎn)動點(diǎn)D為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，受力分析如圖3-5所示：圖3-5拉桿受力圖拉桿為二力桿件，由力矩平衡可得：公式（3.15）式中：、分別為點(diǎn)在、軸上的坐標(biāo)值。4.三角臂三角臂受拉桿拉力、液壓臂推力、車廂反作用力三個力的作用下實(shí)現(xiàn)繞鉸鏈點(diǎn)的轉(zhuǎn)動，以鉸鏈點(diǎn)A為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，受力分析如圖3-6所示：圖3-6三角臂受力圖根據(jù)理論力學(xué)理論可建立運(yùn)動學(xué)方程：公式（3.16）公式（3.17）公式（3.18）3.3本章小結(jié)本章首先對D式舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，通過建立坐標(biāo)系對其舉升的過程進(jìn)行了簡單的描述。然后通過動力學(xué)知識完成了動力學(xué)方程，最后對舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析，提出了坐標(biāo)確定運(yùn)動的方法進(jìn)行坐標(biāo)運(yùn)算確定舉升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。

第4章D式舉升機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型建模及仿真分析本篇文章是對D式舉升機(jī)構(gòu)的動力學(xué)建模，需要建立出模型，然后仿真分析。于是選擇了SIMPACK這款軟件，將建模和分析一次在一個軟件上完成。SIMPACK軟件的前處理模塊和后處理模塊也讓建模分析更加清楚明了。4.1移動Marker點(diǎn)1.Marker點(diǎn)Marker點(diǎn)就是一個標(biāo)記點(diǎn)，是模型上預(yù)先設(shè)置的點(diǎn)，它有自己的坐標(biāo)系,即x軸、y軸、z軸，Marker點(diǎn)的位置由輸入的值決定，對應(yīng)參考坐標(biāo)系原點(diǎn)。Marker點(diǎn)基本上在所有動力學(xué)模型仿真中都存在，一般情況下在創(chuàng)建marker點(diǎn)之前要先創(chuàng)建體（body），一個體上可以有多個Marker點(diǎn)，因?yàn)橐粋€體可以和多個體之間鉸接。2.移動Marker點(diǎn)移動Marker（moveMarker），移動Marker指可以移動的Marker點(diǎn)，有著很特殊的應(yīng)用，可以模擬各種現(xiàn)實(shí)生活中的復(fù)雜的動力學(xué)變化，比如在這次的D式舉升機(jī)構(gòu)建模中，移動Marker的妙用就模擬了自卸汽車在傾倒出貨物質(zhì)心一直變化的情況，一般會隨著LeadingMarker（主標(biāo)記點(diǎn)）的運(yùn)動而運(yùn)動，也可以定義某些自由度上moveMarker與LeadingMarker不一致。有了moveMarker的存在可以簡化物體實(shí)際的力學(xué)運(yùn)動，在很多特殊的地方有著很大的作用。4.2D式舉升機(jī)構(gòu)模型的建立這次選擇的是D式舉升機(jī)構(gòu)，D式舉升機(jī)在SIMPACK中由底座、左右拉桿、左右三角臂、液壓缸、活塞、車廂組成。在SIMPACK中有CAD建模功能以及動力學(xué)仿真分析等功能，因此在這次建模和動力學(xué)仿真分析都在SIMPACK中完成。SIMPACK中建模中有四個重要要素分別是物體（body）（建模系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)件）、鉸（joint）（這是連接副和鉸鏈用于物體之間的連接）、外力（outsideforce）（系統(tǒng)之外的物體對本系統(tǒng)的作用）、力元（forceelement）（僅有力的作用沒有其他運(yùn)動學(xué)上的約束），還有其他基本要素，分別是參考坐標(biāo)系、標(biāo)記（marker）、約束（constraint）（對系統(tǒng)中機(jī)械相對運(yùn)動的一些約束）。在SIMPACK中建立模型是先將機(jī)械系統(tǒng)分解，分解為鉸鏈、物體、約束、還有力元，再制作出描述拓?fù)鋱D、最后總體建模完成。在SIMPACK中單位和很多別的軟件不一樣，長度的單位默認(rèn)狀態(tài)下是米，角度的單位是弧度，在角度值后面要加deg，這次我采用的是CAD模型所以有縮放數(shù)據(jù)的要填寫0.001，將CAD模型縮小1000倍。4.3.1D式自卸舉升機(jī)構(gòu)拓?fù)鋱D建模自卸式舉升機(jī)構(gòu)模型的拓?fù)鋱D如圖4-1所示。此拓?fù)鋱D從下往上分析，由于車架和仿真分析沒有什么影響，所以在建模中以大地代替車架，所以我們將底座與大地固定連接，底座和左拉桿、液壓缸、以及右拉桿均鉸接，圖中表示底座和左拉桿、右拉桿、液壓缸之間的鉸接類型都是RevoluteJointbe，繞y軸的轉(zhuǎn)動鉸。圖中左拉桿和左三角臂、右拉桿和右三角臂之間的表示左拉桿和左三角臂、右拉桿和右三角臂之間的鉸接類型也是RevoluteJointbe，繞y軸的轉(zhuǎn)動鉸。圖中活塞和液壓缸之間的x表示活塞和液壓缸之間的AxisofMotion是Translationinx。繼續(xù)往上看左三角臂和活塞、左三角臂和車廂、右三角臂和活塞、右三角臂和車廂之間都有一個約束，這四對約束的類型都是用戶定義約束自由度UserDefinedConstraint，約束了x軸和y軸方向的自由度。最后再看車廂和大地之間，其中表示他們之間為moveMarker和LeadingMarker的關(guān)系，PE50表示力元類型是ForceTorqueExpressionCmp。圖4-1D式自卸舉升機(jī)構(gòu)拓?fù)鋱D4.3.2D型舉升機(jī)構(gòu)模型實(shí)際創(chuàng)建步驟在SIMPACK前處理界面中創(chuàng)建一個新的模型，將CAD文件導(dǎo)入SIMPACK剛剛創(chuàng)建的D式舉升機(jī)構(gòu)中，這樣就有了幾個基礎(chǔ)的模型分別為底座、左右拉桿、左右三角臂、液壓缸、活塞、以及車廂。1底座在創(chuàng)建底座3D模型時，首先需要在處理界面右側(cè)的模型樹中建立他的體（$B_dizuo），然后選擇剛剛導(dǎo)入的幾個基礎(chǔ)模型中的底座確定他的幾何外形（縮放系數(shù)項(xiàng)輸入0.001，SIMPACK中是米制單位，要將CAD模型縮小1000倍），再確定底座在位移項(xiàng)的移動距離、以及確定底座在角度項(xiàng)轉(zhuǎn)動的角度，最后再定義底座的質(zhì)量。最接下來再創(chuàng)建底座上的幾個標(biāo)記點(diǎn)(marker)如圖4-2所示，分別為底座和左右拉桿的標(biāo)記點(diǎn)、底座和液壓缸的標(biāo)記點(diǎn)、以及底座與車架（大地）的標(biāo)記點(diǎn)（在此模型中底座和大地固定在一起）。底座上的幾個標(biāo)記點(diǎn)（marker）用來確定底座和液壓缸、底座和左拉桿、底座和右拉桿中間的連接。底座建模完成后模型圖如圖4-3所示。圖4-2底座Marker圖4-3底座完成后模型2左右拉桿在創(chuàng)建拉桿的3D模型時，由于左右拉桿是對稱完全一致的，所以可以先創(chuàng)建一個左拉桿然后再復(fù)制左拉桿更改為右拉桿即可。首先我們處理界面右側(cè)的模型樹里創(chuàng)建出左拉桿的體（$B_lagan_L），然后確定左拉桿的質(zhì)量屬性、質(zhì)心坐標(biāo)、轉(zhuǎn)動慣量。再在左拉桿上創(chuàng)建標(biāo)記點(diǎn)（marker）如圖4-4所示，有左拉桿自身的標(biāo)記點(diǎn)、左拉桿與三角臂的標(biāo)記點(diǎn)，用于左拉桿和底座以及左三角臂的鉸接。接下來確定左拉桿的幾何外形，在兩個Marker之間創(chuàng)建幾何外形，左拉桿的幾何外形選擇用圓柱代替，設(shè)置好圓柱的半徑，Markeri選擇左拉桿上的標(biāo)記點(diǎn)，Markerj選擇左拉桿上于三角臂的標(biāo)記點(diǎn)，左拉桿的幾何外形選擇用圓柱代替，設(shè)置好圓柱的半徑。最后再更改左拉桿的鉸接，在右側(cè)的模型樹里選擇Joint進(jìn)入更改界面，F(xiàn)romMarker選擇底座和左拉桿的標(biāo)記點(diǎn)，ToMarker選擇左拉桿的自身標(biāo)記點(diǎn)。鉸鏈類型選擇繞y軸的轉(zhuǎn)動鉸。圖4-4左拉桿Marker左拉桿創(chuàng)建完成后創(chuàng)建右拉桿（$B_lagan_R），前文說到左拉桿和右拉桿對稱完全一致，所以直接復(fù)制左拉桿創(chuàng)建出左拉桿的復(fù)制體，再將左拉桿復(fù)制體更改名字為右拉桿（$B_lagan_R），然后更改左拉桿的復(fù)制體的鉸接，直接將FromMarker更改為底座和右拉桿的標(biāo)記點(diǎn)就行了，這樣就完成了右拉桿的創(chuàng)建。創(chuàng)建好左右拉桿的模型圖如圖4-5所示。圖4-5左右拉桿完成后模型3三角臂在創(chuàng)建左右三角臂也是和左右拉桿一個道理，左三角臂和右三角臂也是完全對稱一致的。首先在右邊的模型樹里創(chuàng)建左三角臂的體（$B_sanjiaobi_L），定義出左三角臂的質(zhì)量屬性、質(zhì)量、質(zhì)心坐標(biāo)以及轉(zhuǎn)動慣量。接下來在左三角臂上創(chuàng)建標(biāo)記點(diǎn)（Marker）如圖4-6所示，依次為左三角臂自身的標(biāo)記點(diǎn)、左三角臂和車廂之間的標(biāo)記點(diǎn)、左三角臂和活塞之間的標(biāo)記點(diǎn)，這幾個Marker點(diǎn)用來確定左三角臂和左拉桿、活塞以及車廂之間的鉸接。接下來就是創(chuàng)建左三角臂的幾何外形，選擇導(dǎo)入的左三角臂模型，在位移項(xiàng)里面確定x、y、z的位移移動量，在角度項(xiàng)里面確定繞y軸和z軸轉(zhuǎn)動的角度，模型用的單位是米，SIMPACK中的單位也是米制單位，所以縮放系數(shù)為1。最后就是更改左三角臂的鉸接，F(xiàn)romMarker選擇左拉桿和左三角臂的標(biāo)記點(diǎn)，ToMarker選擇左三角臂自身的標(biāo)記點(diǎn)，我們在鉸接類型里面選擇繞y軸的轉(zhuǎn)動鉸，再確定初始角度。圖4-6左三角臂Marker完成了左三角臂開始創(chuàng)建右三角臂（$B_sanjiaobi_R），右三角臂和左三角臂對稱完全一致，和右拉桿的創(chuàng)建方法一樣，復(fù)制左三角臂創(chuàng)建出左三角臂的復(fù)制體，然后將左三角臂復(fù)制體的名字改成右三角臂（$B_sanjiaobi_R），再直接更改左三角臂復(fù)制體的鉸接，把FromMarker改成右拉桿和右三角臂的標(biāo)記點(diǎn)，這樣便創(chuàng)建好了右三角臂。創(chuàng)建好左右三角臂的模型圖如圖4-7所示。圖4-7完成左右三角臂后模型4液壓缸創(chuàng)建液壓缸和前面基本一樣，首先在右邊模型樹里面創(chuàng)建液壓缸的體（$B_yeya_gang），然后確定液壓缸的質(zhì)量屬性、質(zhì)量、質(zhì)心坐標(biāo)、轉(zhuǎn)動慣量。然后創(chuàng)建液壓缸上的標(biāo)記點(diǎn)（Marker）如圖4-8所示，分別是液壓缸自身的標(biāo)記點(diǎn)、液壓缸和活塞之間的標(biāo)記點(diǎn)，這幾個Marker分別用來確定液壓缸和底座之間的鉸接，液壓缸和活塞之間的鉸接。接下來確定液壓缸的幾何外形，在這次建模中我們將液壓缸用一根圓柱代替來模擬液壓缸，確定圓柱的高和直徑。最后更改液壓缸的鉸接，我們找到FromMarker選擇底座和液壓缸之間的標(biāo)記點(diǎn)、在ToMarker選擇液壓缸自身的標(biāo)記點(diǎn)，鉸接類型里面選擇繞y軸的轉(zhuǎn)動鉸，再確定鉸接的初始角度。這樣液壓缸便創(chuàng)建完成了。創(chuàng)建好液壓缸后的模型如圖4-9所示圖4-8液壓缸Marker圖4-9完成液壓缸后模型5定義輸入函數(shù)和時間激勵輸入函數(shù)的定義。接下來的步驟本來是要創(chuàng)建活塞，液壓缸和活塞之間有一個一個自由度，但是活塞的運(yùn)動規(guī)律是利用激勵函數(shù)定義的，所以液壓缸和活塞之間的鉸鏈?zhǔn)且粋€驅(qū)動鉸，因此我們需要先定義活塞的運(yùn)動規(guī)律的輸入函數(shù)。首先建模元素的上方有工具欄，點(diǎn)擊定義輸入函數(shù)的圖標(biāo)進(jìn)入定義輸入函數(shù)的界面，然后開始定義輸入函數(shù)（$I_lift）。在這次模型中我們定義的活塞運(yùn)動從2秒的時候開始運(yùn)動，到15秒的時候移動到0.4米的位置保持不動，活塞不動則表示舉升機(jī)構(gòu)達(dá)到最高點(diǎn)，舉升動作完成。如圖4-10所示。圖4-10輸入函數(shù)定義時間激勵。將活塞的鉸接定義為隨時間激勵變化的驅(qū)動鉸，所以要創(chuàng)建一個時間激勵（$E_lift），在軟件界面的上方的建模元素工具欄中點(diǎn)擊定義時間激勵的圖標(biāo)，進(jìn)入定義時間激勵的界面，時間激勵類型選擇采用從輸入函數(shù)導(dǎo)入、創(chuàng)建三個時間激勵向量、InputFunction（t）選擇剛才創(chuàng)建的輸入函數(shù)，在能夠生成導(dǎo)數(shù)的那個選項(xiàng)里面選擇Derivativesoff（t），這樣會自動根據(jù)輸入函數(shù)得到一階和二階導(dǎo)數(shù)。如圖4-11所示。圖4-11時間激勵6活塞當(dāng)輸入函數(shù)和時間激勵都創(chuàng)建好后就可以創(chuàng)建活塞了，在軟件界面的右邊的模型樹里先創(chuàng)建活塞的體（$B_huosai），確定活塞的質(zhì)量屬性、質(zhì)量、質(zhì)心坐標(biāo)以及轉(zhuǎn)動慣量。接下來在活塞上創(chuàng)建標(biāo)記點(diǎn)（Marker）如圖4-12所示，活塞自身的標(biāo)記點(diǎn)、活塞和左三角臂之間的標(biāo)記點(diǎn)、活塞和右三角臂之間的標(biāo)記點(diǎn)，用來確定活塞和液壓缸的鉸接、活塞和左三角臂的鉸接、活塞和右三角臂的鉸接。然后更改活塞的幾何外形，選擇CAD中的活塞模型，然后縮放系數(shù)改為0.001，因?yàn)槟Ｐ驮筒捎玫氖呛撩讍挝欢鳶IMPACK用的是米為單位。最后更改活塞的鉸接，在FromMarker選擇液壓缸和活塞之間的標(biāo)記點(diǎn)、在ToMarker選擇活塞自身的標(biāo)記點(diǎn)，活塞的鉸鏈類型選擇SingleAxisu（t），這是一個有時間激勵驅(qū)動的單向鉸接，在AxisofMotion的選項(xiàng)中選擇Translationinx，這是一個沿x方向的移動鉸，最后在TimeExcitation-IDfors（t）、sp（t）、spp（t）三個選項(xiàng)中分別選擇剛剛創(chuàng)建的三個時間激勵。這樣便完成活塞的創(chuàng)建。創(chuàng)建好活塞后的模型圖如圖4-13所示。圖4-12活塞Marker圖4-13完成活塞后模型7車廂創(chuàng)建車廂，在這里我們給出的車廂質(zhì)量很小，而轉(zhuǎn)動慣量很大，因?yàn)樽孕镀囋谂e升的過程中貨物一直在倒出，所以質(zhì)量不斷地減小，在這次模擬中我把貨物的重量算入車廂中，在車廂上加一個等大小的沿重力方向的力，讓這個力不斷減小來實(shí)現(xiàn)自卸汽車舉升倒出貨物的過程，所以車廂質(zhì)量給了一個很小的值。首先在軟件界面的右邊模型樹中創(chuàng)建車廂的體（$B_chexiang），確定車廂的質(zhì)量屬性、質(zhì)量、質(zhì)心坐標(biāo)、轉(zhuǎn)動慣量。然后在車廂上創(chuàng)建標(biāo)記點(diǎn)（Marker）如圖4-14所示，車廂自身標(biāo)記點(diǎn)、車廂和左三角臂之間的標(biāo)記點(diǎn)、車廂和右三角臂之間的標(biāo)記點(diǎn)、車廂質(zhì)心的標(biāo)記點(diǎn)，這些標(biāo)記點(diǎn)分別確定車廂和大地的鉸接、車廂和左三角臂的鉸接、車廂和右三角臂的鉸接，需要特別說明的是車廂質(zhì)心的標(biāo)記點(diǎn)，這個標(biāo)記點(diǎn)和大地上的一個標(biāo)記點(diǎn)直接模擬出了現(xiàn)實(shí)生活中自卸式汽車在傾倒出貨物的時候重力一直減小的現(xiàn)象。然后定義車廂的幾何外形，在這次建模中車廂是用的一個長方體來模擬的，確定車廂的位置坐標(biāo)，再確定車廂在x、y、z軸的長度，也就是車廂的大小。最后在更改車廂鉸接之前需要在大地上創(chuàng)建一個標(biāo)記點(diǎn)，然后再更改車廂的鉸接，在FromMarker的選項(xiàng)中選擇大地上的標(biāo)記點(diǎn)、在ToMarker選擇車廂的標(biāo)記點(diǎn)，鉸接類型選擇SphericalJointal-be-ga，車廂與大地之間為球鉸。車廂創(chuàng)建完成后基本模型就出來了。創(chuàng)建好車廂后的模型如圖4-15所示。圖4-14車廂Marker圖4-15車廂完成后模型8約束和力元動力學(xué)模型基本完成了，接下來還需要在模型中施加約束、添加力元。在現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)中，需要在左三角臂和車廂之間添加約束、在右三角臂和車廂之間添加約束、在左三角臂和活塞之間添加約束、在右三角臂和活塞之間添加約束，一共需要添加四對約束如圖4-16所示，每一對約束都約束x和z軸的移動自由度，所以一共要約束八個自由度。約束都添加后就可以裝配模型了，點(diǎn)擊模型裝配就可以看到現(xiàn)在模型的鉸接的自由度為8，而且約束的自由度也是8，目前模型的自由度為0，自由度為0就意味著模型無法運(yùn)動，但是我們之前在活塞上加的是驅(qū)動鉸，驅(qū)動鉸的自由度并不會計(jì)算在里面。驅(qū)動鉸就是一個具有確定運(yùn)動的原動件，它會帶著其它的系統(tǒng)部件一起運(yùn)動。模型裝配好后如圖4-17所示。圖4-16約束圖4-17D式舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型9在大地上創(chuàng)建Marker要想在模型上施加一個可以代表車廂上貨物的倒出質(zhì)量減小的力元，就需要克服的事車廂上的標(biāo)記點(diǎn)的位置是變化的，而且施加的這個力還必須是沿重力方向的，因此需要在大地上創(chuàng)建一個移動的標(biāo)記點(diǎn)（moveMarker），移動的標(biāo)記點(diǎn)的類型選擇CongruentMarker，這種類型移動的標(biāo)記點(diǎn)會隨著主標(biāo)記點(diǎn)（LeadingMarker）的運(yùn)動而運(yùn)動，選擇車廂上質(zhì)心標(biāo)記點(diǎn)為主標(biāo)記點(diǎn)、選擇大地上的標(biāo)記點(diǎn)為參考標(biāo)記點(diǎn)、選擇大地上的標(biāo)記點(diǎn)為體上的參考標(biāo)記點(diǎn)，限制這個移動標(biāo)記點(diǎn)在三個轉(zhuǎn)動方向不和主標(biāo)記點(diǎn)一起變化，而是和體上的參考點(diǎn)保持一致，在舉升過程中，移動標(biāo)記點(diǎn)在三個移動方向保持一致，這樣一來就可以保證移動標(biāo)記的跟著主標(biāo)記點(diǎn)一起移動，但是力的方向始終都是沿著重力方向的。10定義力元的輸入函數(shù)、表達(dá)式、力元(1)定義力元的輸入函數(shù)（$I_mass），點(diǎn)擊建模元素的定義輸入函數(shù)按鈕，定義這個力在2秒一起一直都是50000，到了第15秒的時候變成10000，然后力一直保持不變。(2)定義表達(dá)式（$X_mass），我們要讓力隨著時間的變化而變化，讓力和時間有函數(shù)關(guān)系，所以需要使用查表函數(shù)，定義查表函數(shù)為（IFCTNX（TIME,$I_mass））。(3)定義力元($F_mass_missing),在軟件上方建模元素工具欄中找到定義力元的圖標(biāo)，然后在FromMarker的選項(xiàng)中選擇大地上的移動標(biāo)記點(diǎn)，在ToMarker的選項(xiàng)中選擇車廂質(zhì)心標(biāo)記點(diǎn)，力元的類型選擇ForceTorqueExpressionCmp，在z方向上的力的選項(xiàng)中選擇上一步創(chuàng)建的表達(dá)式（$X_mass）。（10）離線積分以及結(jié)果后處理接下來就是最后的步驟了，定義仿真時間和采樣頻率，在SIMPACK軟件右邊的模型樹中選擇$SLV_SolverSettings，定義仿真的時間為20s，輸出步中選擇Numberofpoint，設(shè)置輸出201個點(diǎn)。接著進(jìn)行在線靜平衡計(jì)算，等著靜平衡計(jì)算完成，把靜平衡的結(jié)果復(fù)制到模型中，最后保存好模型。到目前為止，D式舉升機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型就算完成了，在前處理界面上方的工具欄中點(diǎn)擊線積分圖標(biāo)，就開始進(jìn)行離線積分了，等待計(jì)算結(jié)果完成后，就可以在后處理模塊中查看結(jié)果。4.4D式舉升機(jī)構(gòu)的仿真分析當(dāng)在前處理模塊中完成D式舉升機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型后，離線積分后在后處理模塊中就可以查看到在舉升過程中的各種數(shù)據(jù)，有關(guān)舉升過程中各個部件的角速度、角加速度、以及各個部分受力的情況、車廂質(zhì)心的受力情況、各個部位鉸接點(diǎn)的受力情況1.車廂角速度和車廂角加速度分析車廂角速度在20s時間的舉升過程中的變化如圖4-18所示，在0到2秒的時間中車廂角速度沒有什么變化一直是0，這正好模擬出了現(xiàn)實(shí)生活中舉升機(jī)構(gòu)在按下舉升按鈕構(gòu)并不會馬上舉升，會有一定的緩沖時間，在2秒過后開始舉升角速度達(dá)到了35rad/s，在2.1秒左右到15秒角速度基本不變，但有一點(diǎn)微妙的變化，呈現(xiàn)出現(xiàn)減少一點(diǎn)再增加一點(diǎn)的微小的圓弧，在15秒之后角速度變成0，說明舉升過程完成，舉升機(jī)構(gòu)達(dá)到最大的舉升角度。那我們現(xiàn)在再來看看車廂角加速度的變化如圖4-19所示，車廂角加速度在0到2秒和車廂角速度一樣都是0，在2秒后開始增加，中間有一段時間角加速度呈現(xiàn)出波形圖，可能和液壓缸還有重力的作用有關(guān)，其他都和角速度一一對應(yīng)，這說明D式舉升機(jī)構(gòu)在仿真中沒有什么問題。圖4-18車廂角速度隨舉升時間變化曲線圖4-19車廂角加速度隨舉升時間變化曲線2.液壓缸角速度和角加速度分析液壓缸角速度在0到20秒的變化如圖4-20所示。在0到2秒的時候液壓缸的角速度為0，在2秒的時候角速度達(dá)到最大值，然后2秒到15秒緩慢降低到圖中-40左右的位置，15.1秒左右降為0，一直到20秒液壓缸角速度一直為0，這時候達(dá)到液壓缸最大角度，證明舉升動作的完成，達(dá)到最高點(diǎn)。液壓缸角加速度如圖4-21，在0到2秒為0在2秒直接達(dá)到最大值，在2秒之后液壓缸角加速度呈現(xiàn)出波形圖一直上線跳動，應(yīng)該是和液壓缸和重力的作用下有關(guān)，然后到7.5秒舉升到一半的時候液壓缸角加速度緩慢降低到15秒為0。圖4-20液壓缸角速度隨舉升時間圖4-21液壓缸角加速度隨舉升時間變化曲線3.拉桿角速度和拉桿角加速度拉桿加速度隨時間的變化如圖4-22所示。在0到2秒的時候拉桿的角速度為0，在2秒的時候角速度達(dá)到最大值，然后2秒到15秒緩慢降低到圖中-40左右的位置，15.1秒左右降為0，一直到20秒拉桿角速度一直為0，這時候達(dá)到拉桿最大角度，證明舉升動作的完成，達(dá)到最高點(diǎn)。然后我們再看拉桿角加速度如圖4-23所示，在0到2秒拉桿角加速度為0,在2秒到7.5秒左右一致處于波動狀態(tài)，這也是和液壓缸和重力有關(guān)，然后一直到15秒角加速度緩慢變?yōu)闉?，在15秒到20秒拉桿角加速度一直為0。通過對比發(fā)現(xiàn)拉桿角角速度及角加速度和液壓缸的角速度及角加速度隨著時間的變化圖基本上是相同的，這是因?yàn)樵谶@個力學(xué)模型中，拉桿和液壓缸的位置基本上是一樣的，初始角度和長度基本上差不多，所以在分析圖中呈現(xiàn)出大致一樣的結(jié)果。圖4-22拉桿角速度隨舉升時間變化曲線圖4-23拉桿角加速度隨舉升時間變化曲線4.三角臂角速度和三角臂角加速度三角臂角速度隨時間的變化如圖4-24所示。從圖中可以看出變化規(guī)律，從0到2秒三角臂角速度一直為0，從2秒到2.1秒達(dá)到一個頂峰再到2.5秒又回到0，從2.5秒到15秒一直處于比較平緩的上升階段知道三角臂角速度達(dá)到最大值，15到15.1秒回到0，然后一直保持0rad/s到舉升結(jié)束。再看三角臂角加速度變化圖如圖4-25所示，在0到2秒的時候?yàn)?，2.1秒的時候達(dá)到第一個峰值，從2.1秒到7.1秒之間頻繁的波動，7.1秒掉15秒以一個比較低的加速度基本穩(wěn)定直到15秒回到0點(diǎn)，15秒到20秒三角臂角加速度一直為0，其中波動的那一段主要原因是由于三角臂和拉桿以及重力的影響。圖4-24三角臂角速度隨舉升時間變化曲線圖4-25三角臂角加速度隨舉升時間變化曲線5.車廂舉升角度及油缸浮動角分析車廂舉升角隨時間變化關(guān)系如圖4-26所示。從圖中可以看出，在0到2秒的時候車廂幾乎沒有角度，在2秒時舉升開始，車廂舉升角逐漸變大，直到15秒車廂舉升角達(dá)到最大，15秒到20秒一直保持最大角度不變。油缸浮動角歲時間變化關(guān)系如圖4-27所示。從圖中看出油缸浮動角在0到2秒的時候就有一定的角度，和我們力學(xué)模型一致，從2秒開始逐漸增大，到15秒達(dá)到最大油缸浮動角，15秒到20秒一直保持不變。圖4-26車廂舉升角隨舉升時間變化曲線圖4-27油缸浮動角隨舉升時間變化曲線6.車廂質(zhì)心位置變化分析車廂質(zhì)心位置在x軸y軸z軸方向上的變化情況如圖4-28所示。從圖中可以很清楚的看出車廂質(zhì)心在y軸方向上隨著時間并沒有變化。在x軸方向上0到2秒沒有變化，2秒到15秒緩慢上升，15到20秒沒有變化。在z軸方向上0到2秒沒有變化，2秒到15秒緩慢上升，15到20秒穩(wěn)定不變。圖4-28車廂質(zhì)心位置隨舉升時間變化7.D式舉升機(jī)構(gòu)仿真分析結(jié)果通過在SIMPACK軟件后處理模塊中得到很多各個部件的角度、受力、位置變化隨著舉升時間的變化圖，從分析圖中結(jié)合第三章中的力學(xué)分析可以得出車廂各個部位的長度以及角度，再結(jié)合評價舉升機(jī)構(gòu)性能指標(biāo)可以得出D式舉升機(jī)構(gòu)的舉升情況，勉強(qiáng)符合舉升機(jī)構(gòu)舉升性能評價參數(shù)的要求，但是還是有很多不足的地方。4.5本章小結(jié)本章主要是對D式舉升機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型建模，首先介紹了移動Marker點(diǎn)，然后完成了建模前的拓?fù)鋱D介紹，通過拓?fù)鋱D大致了解了整個動力學(xué)模型的建模過程，接著講述了詳細(xì)的建模過程。最后通過D式舉升機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型離積分，進(jìn)行仿真分析，在后處理模塊中查看仿真結(jié)果。

結(jié)論總結(jié)本篇文章主要是講了使用SIMPACK對采用移動Marker點(diǎn)的舉升機(jī)構(gòu)建模，以及對其結(jié)果在后處理模塊中的分析，具體的工作如下。1.通過網(wǎng)上資料研講述一下國外舉升機(jī)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r，然后在講述了舉升機(jī)構(gòu)在國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r，通過對比國外發(fā)展比較早，國內(nèi)舉升機(jī)構(gòu)還需要更進(jìn)一步的發(fā)展。2.通過介紹動力學(xué)背景以及應(yīng)用，為舉升機(jī)構(gòu)建模分析打下基礎(chǔ)，在通過對比分析出不同類型舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，從而引出本文將建立D式舉升機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型。3.簡單介紹了D式舉升機(jī)構(gòu)的工作原理，以及利用平面圖對D式舉升機(jī)構(gòu)的各個部件的進(jìn)行了簡單的分析。4.在SIMPACK軟件的前處理模塊中創(chuàng)建D式舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型，首先簡單描述了拓?fù)鋱D，對模型有了大致的創(chuàng)建方向，然后創(chuàng)建模型，最后添加約束和力元完成完整