40吨机场集装箱升降平台车主平台的仿真分析

机朝装箱升降平台车是用来向飞机货舱装卸集装箱或其他货物的特种车辆↑几年随着我国民航运输业的发展，集装箱升降平台车的需求量不断增加，而且伴随大型飞机出现的加大加重集装箱对升降平台车承载能力要求更高n 。通过各家公司网站公布的图片及资料可知，国外能够研制30吨以上大型机朝装箱/板升降平台车的公司只有美国JPT、法国TLD、德国Trepel、法国Airmarel。国内飞机集装箱/板升降平台车的生产厂家有威海广泰、深胡l达航科技等少数企业，且仅能生产7吨及14吨系列的机朝装箱升降平台车。国内平台车大部分依靠进口，特别是14吨以上的机朝装箱升降平台车完全依赖进口，因此，研制大吨位机朝装箱升降平台车迫在眉睫。

国内科研院所近年已经开始针对平台车进行相应的理论分析，以期在相关领域提高我国机场特种车辆的研究水平。如：中国民航大学的郭海乐、解本铭等针对升降平台车的主平台进行了虚拟样机的设计及有限元分析l。此外，郭 、郑玉巧 等人对于普通的剪叉机构的研究对特种车辆的研究也有-定的参考意义。机朝装箱升降平台车不同于港 口、厂房等场地使用的升降平台车，工作时作业空间受限，液压缸的布置位置受限。为实现大型集装箱升降平台车的平台在483mm到5600mm范围内的上下移动HJ，为主平台提供动力的液压缸极为重要。而其推力大小与其在剪叉上布置位置直接相关，如何合理布局，对于升降平台车的举升性能具有重要意义。

运用虚位移原理分析液压缸推力的解析式，针对分析结果，运用MATLAB软件进行仿真，获得液压缸最优安装位置，最后利用ADAMS软件进行主平台运动学及动力学分析，为机朝装箱升降平台车优化设计提供理论依据及指导。

1 集装箱升降平台车主平台力学分析机朝装箱升降平台车主要由桥平台及前剪撑、主平台及后剪撑、底盘总成、动力系统、液压系统、电气系统等组成。集装箱经主平台、桥平台，实现到机舱的装卸，主平台的承载能力决定了平台车的承载能力，因此主平台的性能是保证大吨位机朝装箱升降平台车性能的关键技术之- 。

1.1力学模型升降平台车的主平台由上台面、剪叉臂、滚轮、液压缸、底盘等构成。液压缸的活塞杆铰接在内剪叉臂上 ，缸筒铰接在与下滚轮同轴的梁上，随下滚轮左右移动。当活塞杆伸出时，两剪又臂的夹角改变，推动上平台上升，达到举升集装箱的目的。主平台的结构参数及受力分析如图1所示。

收稿日期：2013-03-28基金项目：河南侍育厅基金 (201 1B460014)；郑州市科技攻关项目 (10TTGS483.4)作者简介：李霞 (1973-)，女，讲师，博士，研究方向为非公路汽车设计与分析，超声电机设计及应用。

第35卷 第7期 2013-07(上) [1371务l 訇 似图1 主平台力学模型图1中各参数说明如下：W～ 主平台上的质量载荷；l--剪叉臂长度的1/2(剪叉机构的两个剪叉臂等长，在中间位置铰接)；a--活塞杆与剪叉臂AC铰接点E到剪叉臂中点0的距离；液压缸活塞推力；F 液压缸对下平台的压力；a--剪叉梁与水平方向的夹角；0--活塞缸轴线与水平方向夹角 (取锐角)。

1.2液压缸推力解析分析选取整个剪叉机构平衡状态时的质点系，设铰链和滚轮的约束为理想约束。上台面载荷w，液压缸活塞推力P及液压缸对下平台的压力F为主动力，其中P与F互为作用力与反作用力。

依据虚位移原理：作用于质点系的所有主动力在任何虚位移 中所作虚功 的和等于零 ，即6 0， 其解析式为：i氏 i Fzj J0 (1)式中F 、F i、F i分别为质点i受力Fi在X、Y、z方向的分力； 6 、 6 6 为质点虚位移 6 在x、Y、z方向的虚位移。

如图1所示建立直角坐标系，以A点为坐标原点，水平方向为x轴，平台升降方向为Y轴，可得剪叉机构的力学方程：- a P a a F-WOY 0 (2)式中P 、Py--液压缸推力P在x、y方向的分力 ，PxPcos 0，PyPsin 0F 、Fy--液压缸对剪叉梁压力F在x、y方向分力，FxFCos 0，FyFsin 0，FPX 、Y广 液压缸推力P作用下质点x、y方向上的虚位移，Xp(1a)cos Q，Yp(1a)sin Qx --质点在压力F作用下其x方向虚位移 XF21cos El138 第35卷 第7期 2013-07(上)Yw- 质点在质量载荷w作用下其Y方向虚位移Yw21sin El由图1中各点几何关系可得仪arcsin ㈣式中h--AC剪又臂与上平台铰接点C的高度，即主平台升降高度h。

0arctan h) (4)将以上各式带入式 (2)，整理得液压缸活塞推力为：尸百 2W /c osa (5)(a-，)cos sin (Za)sin c0s )2W/COS口，sin(O-口)asin(O )由式 (5)可知，质量载荷w-定时，活塞推力P与剪叉和水平面夹角 a、液压缸与水平面夹角0及活塞杆位置参数a有关∩通过调整液压缸活塞杆铰接位置参数a调整活塞推力。但式 (5)中P与参数a之间不是简单的线性关系，不能通过公式直观的得出参数a对推力P的影响规律。MATLAB软件具有强大的数据处理功能，利用MATLAB软件分析参数a对P的影响。

2 液压缸推力曲线的MATLAB仿真已知参数如图1所示，剪叉机构结构尺寸：l3700mm，h3005500mm。由于主平台是对称结构，取112剪叉为研究对象，其质量载荷为总载荷的1/2，即：WI.96×105N。

根据公式(3)、(4)、(5)，利用MATLAB软件编写相应程序，程序运行后可以得到液压缸活塞杆不同铰接位置时 (a不同)整个升程范围内液压缸活塞杆推力P随液压缸活塞行程 h变化的关系曲线，如图2所示。

- - Inel：a500mm- - 。ine2：a7OOmm - - I[no3：a9OOmmIn，：al 1OOmm。 。 。 - - lil5；tll00mm图2 液压缸推力P与活塞行程h间关系曲线由图2可知：1)液压缸活塞杆铰接位置参数a确定时，随参I 訇 似着升降平台的上升，所需液压缸的推力非线性减小，开始减邢快，然后变化趋于平缓。

2)随着液压缸活塞杆铰接位置参数a增大，液压缸推力P逐渐减校但具体的变化规律不能从图中得知，因此进-步分析参数a与P之间的关系。

由图2可知，液压缸推力在机构处于最低位置时最大 。故分析上平台最低位置 (即h最小，h3OOmm)时，参数a与P之间的关系。以参数a为变量，利用MATLAB软件绘制液压缸推力随参数a变化的曲线图，如图3所示。

h300 a(m m j图3 液压缸推力P与参数a问关系曲线由图3可知：液压缸推力P随液压缸活塞杆铰接位置参数a非线性减校当a为2001500mm时，减邢快；当air15003500mm时，减邢慢。

因此，设计液压缸支撑位置时，应在安装空间允许的条件下旧能的认小的a值。本文综合考虑上、下平台之间空间位置及液压缸受力与参数之间的关系，取al lOOmm。

3 主平台的ADAMS运动学及动力学仿真3.1 ADAMS模型的建立ADAMS可以对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。运用 ADAMS软件，对升降平台车主平台的力学模型进行运动学分析，得出平台车主平台在上升的任意时刻平台车的位移，速度，加速度大小，为下-步做应力分析做必要的条件准备。同时进行动力学分析 ，得出液压缸在最低位置时受力大小，以此验证基于解析方法进行的MATLAB仿真结果的正确性，从而确定液压缸的最佳位置，实现最大限度延长液压缸的使用寿命。

利用SolidWorks软件建立主平台的三维模型，导入ADAMS软件 ，然后添加材料属性，对几何模型添加约束 、驱动 、作用力，获得主平 台的AD MS模型，如图4所示。

图4 主平 台ADAMS模型使用ADAMS进行运动学、动力学计算时，只考虑零件的质心和质量，对零件外部形状不予考虑，因此在模型中精确地描述出复杂的零件外形，并没有多大的实际意义。故SolidWorks建模过程中，对模型做以下处理：用-个卞代替模型的上平台，用-个平板代替下平台。

对模型添加的约束为：在剪叉臂固定端铰链处添加旋转副、剪叉臂内外臂之间添加旋转副，液压缸两端与横梁之 间分别添加旋转副，液压缸活塞推杆与缸筒之间添加滑移副、滚轮与上下台面间添加滑移副，底盘添加固定约束，在上平台的中心点施加大小为392KN的随上平台移动的力，在液压缸的滑移副上添加驱动，对主平台模型进行运动学及动力学仿真。

3.2主平台的仿真和结果分析液压缸是双铰剪叉机构的原动件，平台升降速度由液压缸活塞速度决定，而液压缸的速度取决于整个液压系统提供给液压缸的流量。液压系统的流量由流量控制阀调整，且调试好后就不再改变 。-般情况下液压系统提供给液压缸的是恒流量，所以在此运动学分析中认为液压系统为液压缸提供恒流量油液，液压缸的活塞速度为匀速。

对于机朝装箱升降平台车，按照标准应能在60s内完成-个循环H，经过计算设定液压缸活塞速度为50mm/s，设置结束时间(End time)为28.7s，仿真步数为400，交互式仿真，可得到上台面的位移曲线、速度曲线、加速度曲线，以及液压缸的推力曲线，分别如图5、图6所示。

黜 r二 I， l IlI I- I图5 上台面位移、速度、加速度曲线产- - ： - ，- Zt兰/ tt/ ：- u - - I - - - ， · u - - u- - u t - - - rt f T -T i- t ； ： ： ：：.厂 ： ：，l I 1品 I -图6 液压缸推力曲线下转第143页第35卷 第7期 2013-07(上) [1391务l 匐 似表1 识别准确率比较由表1可以看出，本文提出的改进的核模糊聚类方法对着火点识别正确率均高于其它方法，且最优目标函数值最小，具有很好的聚类效果。

5 结束语针对当前森林火灾报警系统只能发出报警无法准确获得着火点的缺陷，设计了-个基于无线传感网络的森林火灾准确预警系统 。系统利用Zigbee无线通信技术得到各无线传感器采集的数据信息，然后利用改进的核模糊聚类算法对该数据集进行聚类分析，从而得到准确的聚类结果，最后把着火点具体位置发送至火灾报警控制中心。

实验结果表明，与传统方法相比，该系统实现了数据的准确采集和高速传输，能够实现各种火灾实时监测并自动识别着火点，检测灵敏度及准确率高，对预防火灾和消防救灾具有重要的意义。