基于Matlab/simulink的駐車工作穩(wěn)定性分析

引言

隨著需求的發(fā)展,某作業(yè)車需在斜坡、過大風(fēng)載等特殊工況下工作,在風(fēng)載工況下斜坡工作時(shí),可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)、滑移甚至傾翻等現(xiàn)象,造成人身和設(shè)備事故,帶來不必要的損失,因此,研究作業(yè)車在風(fēng)載工況下斜坡工作時(shí)的穩(wěn)定性,對其高效工作和減少事故的發(fā)生具有現(xiàn)實(shí)意義。

本文引入斜坡角度和風(fēng)載因素,研究某作業(yè)車工作時(shí)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性,構(gòu)建支腿受力與斜坡角度數(shù)學(xué)模型,通過使用Matlab/simulink構(gòu)建支腿作用力與斜坡角度關(guān)系曲線,直觀顯示其受力變化,本文為其他類似穩(wěn)定性分析提供了參考依據(jù)。

1載荷計(jì)算與建模

某作業(yè)車工作過程中,當(dāng)升降桿全部展開時(shí),其最上一節(jié)軸線垂直度與升降桿頂面垂直度≤0.1°,且與升降桿底面的夾角≤1.8°,在工作過程中,由于可能產(chǎn)生地面下沉,致使作業(yè)車斜坡作業(yè)中,在受到風(fēng)載荷作用的情況下(圖1),可能發(fā)生側(cè)翻。因此,出于安全性方面考慮,需對上述情況下的車體穩(wěn)定性進(jìn)行校核。

由于通常實(shí)測得到的風(fēng)數(shù)據(jù)為風(fēng)速,要獲得風(fēng)對結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的壓力,首先要求得風(fēng)速與風(fēng)壓的關(guān)系,由風(fēng)氣流的貝努力方程,風(fēng)壓w可表示為:

式中,p為空氣密度:,為風(fēng)速。

式中,ur為重現(xiàn)周期系數(shù),ur=l.l:ur為高度處風(fēng)壓高度變化系數(shù),ur=l.l7:uz為風(fēng)載荷體型系數(shù),uz=l.3.

由于八級(jí)風(fēng)速最大為,=20.7m/z,所以P=ururuzo=447.2N/m2。

車體受力簡圖如圖2所示。

由于車體迎風(fēng)面積較大,升降桿全部展開時(shí)較長,在計(jì)算升降桿所受的風(fēng)載荷對車支腿的作用力矩時(shí),為考慮分析的準(zhǔn)確性,不能將其簡化為一支點(diǎn)。

車重作用力矩:

升降桿及設(shè)備重力作用力矩分別為:

風(fēng)載荷對設(shè)備及車體作用力矩:

02點(diǎn)作用力對0l支點(diǎn)作用力矩:

由力矩平衡可得:

式中,Gl為車體自重:G2為升降桿自重:G3為設(shè)備自重:.l為斜坡角度:.2為升降桿自身傾角:Ll為支腿橫向距離:L2為升降桿伸出高度:L車為車體長度:h為車體重心高度:h車為車體高度:P為風(fēng)載荷:D為升降桿直徑:A為風(fēng)對設(shè)備的作用面積:N為02點(diǎn)支腿作用力。

2基于Simulink的受力分析

由上述分析結(jié)果可以看出,該模型求解復(fù)雜,本文采用系統(tǒng)仿真方法,通過利用Matlab/simulink建立仿真模型,實(shí)現(xiàn)對風(fēng)載的計(jì)算。仿真模型如圖3所示,通過該模型可將載荷以框圖的形式表達(dá)出來。

為計(jì)算地面傾角變化對支腿作用力的影響,以地面傾角的變化為參數(shù)作為輸入信號(hào),當(dāng)車體剛好發(fā)生側(cè)翻時(shí),o2點(diǎn)作用力N處于臨界值0,此時(shí)支腿剛好與斜坡地面不接觸,o2支腿受力N與地面斜坡角的曲線如圖4所示,由圖可知,o2點(diǎn)支腿受力隨傾斜角度的增加而不斷減小,當(dāng)斜坡角度達(dá)到13.59時(shí),支腿受力為0,車體有傾翻趨勢。

3車體滑動(dòng)趨勢分析

當(dāng)作業(yè)車在斜坡作業(yè)時(shí),由于重力的作用,作業(yè)車可能產(chǎn)生滑移[5],需對其進(jìn)行滑移趨勢分析。車體沿駐車面的滑動(dòng)力為F1=csinα＋F+csα,駐車面對車體的支持力為N=c+csα-Fsinα。車體摩擦阻力隨車體沿駐車面與水平面夾角的增大而減小,由f=μo(取μ=0.25),在車體駐車面與水平面夾角小于13.59時(shí),車體最大摩擦力f=77808o,滑動(dòng)力F1=38260.5o,所以車體不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)。

4結(jié)語

本文通過對某作業(yè)車進(jìn)行風(fēng)載受力分析,得到風(fēng)載工況下,支腿受力與斜坡角的Natlab/Simulink仿真模型,通過支腿受力與斜坡角的關(guān)系曲線,很好地反應(yīng)出支腿受力變化的動(dòng)態(tài)特性,此方法為同種工況下的不同種作業(yè)車穩(wěn)定性分析提供了很好的參考。