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基于ADAMS的叉车动力总成悬置优化设计

李宽;刘夫云;赵亮亮;伍建伟;杨孟杰

【摘要】针对某型内燃叉车在怠速工况下车架振动过大的问题进行了研究,运用多

体动力学方法,在ADAMS中建立了叉车刚柔耦合动力学模型进行振动仿真与分析,

并通过试验结果验证仿真模型的准确性.在此基础上,利用试验设计方法,对叉车动力

总成悬置的刚度和阻尼进行了匹配优化.结果表明,叉车车架的振动加速度总有效值

降低了36％.研究结论对改善叉车车架振动性能具有一定的参考价值.

【期刊名称】《装备制造技术》

【年(卷),期】2017(000)005

【总页数】4页(P1-3,11)

【关键词】叉车;刚柔耦合;振动仿真;刚度阻尼;悬置优化

【作者】李宽;刘夫云;赵亮亮;伍建伟;杨孟杰

【作者单位】桂林电子科技大学机电工程学院,广西桂林541004;桂林电子科技大

学机电工程学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学机电工程学院,广西桂林

541004;桂林电子科技大学机电工程学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学机

电工程学院,广西桂林541004

【正文语种】中文

【中图分类】TB123

内燃叉车被广泛应用于车间、码头等场所，其乘坐舒适性越来越受到重视。

根据企业客户反馈，某型号内燃叉车在发动机怠速（750r/min）工况下车架振动

较为强烈，严重影响到操作者的乘坐舒适性。本文针对该性能缺陷进行了研究，基

本思路是：利用ADAMS软件建立叉车刚柔耦合动力学模型，并对仿真模型的准

确性进行试验验证；在仿真模型与理论模型基本吻合的基础上，对悬置的刚度和阻

尼进行匹配优化，以达到减小车架振动的目的。

在建立刚柔耦合动力学模型过程中，刚体是根据多刚体系统动力学理论建立方程，

柔性体是根据多柔体系统动力学理论建立方程，两类方程的结合就是刚柔耦合动力

学方程。由于叉车发动机与变速箱、变速箱与前桥之间采用螺栓进行连接，螺栓在

工作过程中会受到一定的弹性变形，根据实际情况，将各连接螺栓进行柔性化建模

[1]。

1.1多柔体系统动力学理论

ADAMS中的柔性体坐标系如图1，er是惯性坐标系，eb是动坐标，eb在er中

的坐标称为参考坐标[2]。

柔性体上任意一点P的位置矢量表示为

r表示点P在er中的矢量；r0表示eb原点在er中的矢量；rp表示柔性体变形前

点P在eb中的矢量；A表示方向余弦阵；up表示相对变形量。

拉格朗日方程式为

ξ表示广义坐标；FQ表示广义力；λ表示约束方程的拉氏乘子；Г表示能量损耗函

数；L表示拉格朗日项，L=T-W，T为动能，W为势能。

将W、T和Г代入拉氏方程，得到运动微分方程为

m表示柔性体的质量矩阵；m˙表示质量矩阵对时间的导数；ξ˙表示广义坐标对时

间的导数；k表示广义刚度矩阵；D表示常值对称矩阵；G表示重力。

1.2叉车关键零部件参数的确定

为获得内燃叉车关键零部件较准确的惯量参数，分别对发动机、变速箱、前桥、后

桥进行了转动惯量、质量、质心测试，测试现场如图2所示。

测试结果整理如表1所示。

叉车的顶架、配重、门架根据厂商提供的三维模型后可得出其转动惯量、质量、质

心等参数。在ADAMS建模过程中，轮胎模型和发动机悬置属于柔性减振部件，

可采用线性衬套进行等效建模，根据厂商提供的数据，前、后轮径向刚度分别为

936N/mm，613N/mm，动力总成左悬置和右悬置属性参数基本相同，其三向

刚度分别为：Kx=Ky=732N/mm，Kz=866N/mm；动力其三向阻尼近似值为

8.6（N×S/mm）。

1.3叉车刚柔耦合动力学模型

在Pro/E软件中建立整车相关零部件的三维模型，导入ADAMS软件中进行刚体

约束装配。然后通过有限元软件生成螺栓的模态中性文件，导入ADAMS软件中

与其他刚性体模型进行刚柔约束装配[3]，从而得到如图3所示的刚柔耦合动力学

模型。

2.1振动仿真

内燃叉车行驶速度一般较慢，路面激励产生的振动相对于发动机激励产生的振动较

小，因此，本文主要考虑发动机激励对叉车整车振动的影响。根据内燃机学理论，

对于四缸四冲程发动机，其对