基于Matlab/simulink的驻车工作稳定性分析

引言

随着需求的发展,某作业车需在斜坡、过大风载等特殊工况下工作,在风载工况下斜坡工作时,可能会发生失稳、滑移甚至倾翻等现象,造成人身和设备事故,带来不必要的损失,因此,研究作业车在风载工况下斜坡工作时的稳定性,对其高效工作和减少事故的发生具有现实意义。

本文引入斜坡角度和风载因素,研究某作业车工作时的动态稳定性,构建支腿受力与斜坡角度数学模型,通过使用Matlab/simulink构建支腿作用力与斜坡角度关系曲线,直观显示其受力变化,本文为其他类似稳定性分析提供了参考依据。

1载荷计算与建模

某作业车工作过程中,当升降杆全部展开时,其最上一节轴线垂直度与升降杆顶面垂直度≤0.1°,且与升降杆底面的夹角≤1.8°,在工作过程中,由于可能产生地面下沉,致使作业车斜坡作业中,在受到风载荷作用的情况下(图1),可能发生侧翻。因此,出于安全性方面考虑,需对上述情况下的车体稳定性进行校核。

由于通常实测得到的风数据为风速,要获得风对结构物产生的压力,首先要求得风速与风压的关系,由风气流的贝努力方程,风压w可表示为:

式中,p为空气密度:,为风速。

式中,ur为重现周期系数,ur=l.l:ur为高度处风压高度变化系数,ur=l.l7:uz为风载荷体型系数,uz=l.3.

由于八级风速最大为,=20.7m/z,所以P=ururuzo=447.2N/m2。

车体受力简图如图2所示。

由于车体迎风面积较大,升降杆全部展开时较长,在计算升降杆所受的风载荷对车支腿的作用力矩时,为考虑分析的准确性,不能将其简化为一支点。

车重作用力矩:

升降杆及设备重力作用力矩分别为:

风载荷对设备及车体作用力矩:

02点作用力对0l支点作用力矩:

由力矩平衡可得:

式中,Gl为车体自重:G2为升降杆自重:G3为设备自重:.l为斜坡角度:.2为升降杆自身倾角:Ll为支腿横向距离:L2为升降杆伸出高度:L车为车体长度:h为车体重心高度:h车为车体高度:P为风载荷:D为升降杆直径:A为风对设备的作用面积:N为02点支腿作用力。

2基于Simulink的受力分析

由上述分析结果可以看出,该模型求解复杂,本文采用系统仿真方法,通过利用Matlab/simulink建立仿真模型,实现对风载的计算。仿真模型如图3所示,通过该模型可将载荷以框图的形式表达出来。

为计算地面倾角变化对支腿作用力的影响,以地面倾角的变化为参数作为输入信号,当车体刚好发生侧翻时,o2点作用力N处于临界值0,此时支腿刚好与斜坡地面不接触,o2支腿受力N与地面斜坡角的曲线如图4所示,由图可知,o2点支腿受力随倾斜角度的增加而不断减小,当斜坡角度达到13.59时,支腿受力为0,车体有倾翻趋势。

3车体滑动趋势分析

当作业车在斜坡作业时,由于重力的作用,作业车可能产生滑移[5],需对其进行滑移趋势分析。车体沿驻车面的滑动力为F1=csinα＋F+csα,驻车面对车体的支持力为N=c+csα-Fsinα。车体摩擦阻力随车体沿驻车面与水平面夹角的增大而减小,由f=μo(取μ=0.25),在车体驻车面与水平面夹角小于13.59时,车体最大摩擦力f=77808o,滑动力F1=38260.5o,所以车体不会产生滑动。

4结语

本文通过对某作业车进行风载受力分析,得到风载工况下,支腿受力与斜坡角的Natlab/Simulink仿真模型,通过支腿受力与斜坡角的关系曲线,很好地反应出支腿受力变化的动态特性,此方法为同种工况下的不同种作业车稳定性分析提供了很好的参考。