消防车臂架铰接变幅机构仿真与优化
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图 ２ 铰 接 亚 幅 机 构 受 力 分 析 衙 图
对连杆 （ １ ） 绕 Ｂ点求力矩平衡 ， 可得式 （ １ ） 。
Ｆ ×Ｚ ｌ — Ｆｌ ×Ｚ ｌ （ Ｉ ）
式 中： Ｆ 为 变 幅 油 缸 力 ， Ｎ； Ｆ 为 连 杆 （ ２ ） 对 连杆 （ １ ） 作 用 力， 方 向沿 直 线 Ｃ Ｄ， Ｎ； ｚ 为 变 幅 油 缸 力 对 Ｂ 点 的 力 臂 ，
消 防车 臂 架 铰 接 变 幅 机 构 仿 真 与 优 化
吴 攀攀 ，石鹏 飞 。肖 晶
（ 三 一重 工股份 有 限公 司 ， 湖 南 长沙 ４ １ Ｏ １ Ｏ Ｏ ）
摘 要 ： 分析 登 高平 台 消 防 车臂 架铰 接 变 幅 机 ＡＭＳ ／ Ｉ ｎ ｓ ｉ ｇ ｈ ｔ 分 析 多 变 量 对 目标 响 应 的 影 响
Ｚ ∞ 一１ ３ ０ ０ ｍｍ ， Ｚ Ｂ Ｅ一 １ ６ ０ ０ ｍｍ ， １ Ｂ ｕ一 １ ０ ５ ０ ｍｍ ， ｌ Ｅ Ｆ一
行优 化计算 ， 得 到优 化 后 各 铰 点 坐标 ， 为 举 高 类 工 程 机 械 臂 架 变幅机构设计与优化提供参 考。 关键 词 ： 登 高平 台消 防 车 ；铰接 变 幅 机 构 ；力 学模 型 ；优 化
ｆ Ｆ 一 Ｇ× ｌ Ｇ Ｘ￡ １ ／ （ １ ｌ ×ｌ ｙ ２ ＋１ ２ ×￡ １ ） ，
登 高平 台 消 防 车 臂 架 系 统 由一 组 多 级 伸 缩 臂 加 一 组
多 节 折 叠 臂及 连 杆 （ １ ） 、 连杆 （ ２ ） 、 变 幅油 缸 组成 ， 如图 １
因子 ， 结 合 变 幅 油缸 力 为 目标 函 数 ， 对 影 响 较 大 的 设 计 变量 进
夹角） 后， ２ ＃臂 变 幅 范 围 为 ［ 一７ １ 。 ， ７ ６ 。 ］ （ 与水 平 夹角 ） 。
图 １中样 机 初 始 尺 寸 为 ： ＝１ １ ０ ０ ｍｍ， ｌ Ａ ｃ 一５ ０ ０ ｍｍ，
平 台消 防 车 两 组 多 级 伸 缩 臂 之 间 的 铰 接 变 幅 机 构 基 于
ＭＡＴ Ｌ ＡＢ进行优化计算 ， 为该类变 幅机构的设计 与优化
提供 了参考 。 针 对 登 高 平 台 消 防 车 臂 架 组 合 形 式 及 铰 接 变 幅 机 构 进行分析研究 ， 建立 铰 接 变 幅 机 构 的 力 学 模 型 ， 实 现 机 构
ｙ Ｄ・ ｘ ｌ ／ ￣ ／ （ ｙ 。 一Ｙ ｃ ） 。 ＋（ Ｘ。 一Ｘｃ ） 同理 ， 可求 出 ｚ 、 ｚ ｚ ｙ ２ 。
（ ４ ）
设定各 铰 点 初 始 位 置 坐标 为 Ａ（ Ｘ ， Ｙ ａ ） ， Ｂ（ Ｘ ，
Ｙ ）， Ｃ（ Ｘ ｃ， Ｙ ）， Ｄ（ Ｘ 。， Ｙ。）， Ｅ（ ＸＥ， ＹＥ）， Ｆ（ ＸＦ， ＹＦ）， Ｏ
所示 。
４ ２
１ Ｆ 一Ｇ×ｚ 。 ×ｚ ／ （ ｚ × ＋ｚ ×ｚ ）
根 据 点 到 直 线 距 离 计 算 公 式及 图 ２求 出 ￡ ， 如 式（ ４ ）
所示 。
ｚ １ 一ｌ （ ｙＤ —Ｙｃ ）・ＸＢ 一（ ＸＤ — Ｘｃ ）・Ｙ Ｂ ＋ ＸＤ・Ｙｃ —
（ Ｘ。， Ｙ。 ） 。２ ＃臂 相 对 １ ＃臂 变 幅 角 度 ａ ， 即 点 ｃ、 Ｆ 绕 点
１ —１ ＃臂 ２ —２ ＃臂 ３ 一连 杆 （ １ ）４ 一连杆（ ２ ）５ 一变 幅 油缸 图 １ 登 高 平 台消 防 车臂 架 铰 接 变 幅 机 构 示意 图
优 化设 计 。 １ 研 究对 象
ｍｍ； ｚ 为作用力 Ｆ 对 Ｂ点的力臂 ， ｍｍ。 对２ ＃臂架 绕 Ａ 点 求 力 矩 平 衡 ， 可得式 （ ２ ） 。
Ｆ ×Ｚ ＋ Ｆ × Ｚ 一 Ｇ × Ｚ 。 （ ２ ）
式 中： ｚ 为 变 幅 油 缸 力 对 Ａ 点 的 力 臂 ， ａｍ； ｒ ｚ 为 作 用 力 Ｆ 对 Ａ 点 的力 臂 ， ａｍ； ｒ ｚ 。为 ２ ＃臂 及 以 上 部 件 重 力 和 对 Ａ点 的力臂 ， ｍｍ。 结合式 （ １ ） 、 式（ ２ ） 可得式 （ ３ ） 。
文章 编 号 ： １ ０ ０ ９ —０ ０ ２ ９ （ ２ Ｏ １ ３ ） Ｏ ３ 一Ｏ ２ ９ ７ 一Ｏ ３
登 高平 台 消 防 车 按 臂 架 主 要 结 构 形 式 分 为 伸 缩 式 、 折 叠 式 以及 伸 缩 折 叠 组 合 式 。 目前 普 遍 应 用 的 臂 架 形 式
为伸缩折叠组合式 ， 即臂 架系 统 由一组 多级伸 缩臂 （ １＃
臂） 加另一组 多级伸缩臂 或折 叠臂 （ ２ ＃臂 ） 组成 ， 两 组 多
级 臂 架 之 间采 用 铰 接 变 幅 机 构 进 行 连 接 ， 实 现 两 组 臂 架 之 间 的 相对 变 幅 转 动 。两组 多 级 臂 架 之 间 的 铰 接 变 幅 机 构不但要满足 其运动 轨迹 的要求 ， 而 且 要 求 其 变 幅 油 缸 在 变 幅 过程 中 压 力 峰 值 小 ， 油 缸 冲击 小 。王 毅 等 对 登 高 平 台消 防 车变 幅 机构 进 行 受 力 分 析 ， 王鑫等对 ６ ８ ｒ ｆ ｌ 登 高
计 算
３ ６ ０ ０ ｍｍ， 其 中 ｋ 为 油缸 安 装 尺 寸 ， ｌ ＃臂 与 ２ ＃臂 初 始 夹 角 为 劬 一 一４ 。 。
２ 铰 接 变 幅 机 构 力 学模 型
中图分类号 ： ＴＵ９ ９ ８ ． １ ３ １ 。ＴＨ１ ３ ２ ． ３
文献标志码 ： Ｂ
图 ２为 １ ＃臂 与 ２ ＃臂 铰 接 变 幅 机 构 受 力 分 析 简 图 ， Ｇ为 ２ ＃臂 及 以 上 部 件 重 力 和 ， ０为 质 心 点 。
对连杆 （ １ ） 绕 Ｂ点求力矩平衡 ， 可得式 （ １ ） 。
Ｆ ×Ｚ ｌ — Ｆｌ ×Ｚ ｌ （ Ｉ ）
式 中： Ｆ 为 变 幅 油 缸 力 ， Ｎ； Ｆ 为 连 杆 （ ２ ） 对 连杆 （ １ ） 作 用 力， 方 向沿 直 线 Ｃ Ｄ， Ｎ； ｚ 为 变 幅 油 缸 力 对 Ｂ 点 的 力 臂 ，
消 防车 臂 架 铰 接 变 幅 机 构 仿 真 与 优 化
吴 攀攀 ，石鹏 飞 。肖 晶
（ 三 一重 工股份 有 限公 司 ， 湖 南 长沙 ４ １ Ｏ １ Ｏ Ｏ ）
摘 要 ： 分析 登 高平 台 消 防 车臂 架铰 接 变 幅 机 ＡＭＳ ／ Ｉ ｎ ｓ ｉ ｇ ｈ ｔ 分 析 多 变 量 对 目标 响 应 的 影 响
Ｚ ∞ 一１ ３ ０ ０ ｍｍ ， Ｚ Ｂ Ｅ一 １ ６ ０ ０ ｍｍ ， １ Ｂ ｕ一 １ ０ ５ ０ ｍｍ ， ｌ Ｅ Ｆ一
行优 化计算 ， 得 到优 化 后 各 铰 点 坐标 ， 为 举 高 类 工 程 机 械 臂 架 变幅机构设计与优化提供参 考。 关键 词 ： 登 高平 台消 防 车 ；铰接 变 幅 机 构 ；力 学模 型 ；优 化
ｆ Ｆ 一 Ｇ× ｌ Ｇ Ｘ￡ １ ／ （ １ ｌ ×ｌ ｙ ２ ＋１ ２ ×￡ １ ） ，
登 高平 台 消 防 车 臂 架 系 统 由一 组 多 级 伸 缩 臂 加 一 组
多 节 折 叠 臂及 连 杆 （ １ ） 、 连杆 （ ２ ） 、 变 幅油 缸 组成 ， 如图 １
因子 ， 结 合 变 幅 油缸 力 为 目标 函 数 ， 对 影 响 较 大 的 设 计 变量 进
夹角） 后， ２ ＃臂 变 幅 范 围 为 ［ 一７ １ 。 ， ７ ６ 。 ］ （ 与水 平 夹角 ） 。
图 １中样 机 初 始 尺 寸 为 ： ＝１ １ ０ ０ ｍｍ， ｌ Ａ ｃ 一５ ０ ０ ｍｍ，
平 台消 防 车 两 组 多 级 伸 缩 臂 之 间 的 铰 接 变 幅 机 构 基 于
ＭＡＴ Ｌ ＡＢ进行优化计算 ， 为该类变 幅机构的设计 与优化
提供 了参考 。 针 对 登 高 平 台 消 防 车 臂 架 组 合 形 式 及 铰 接 变 幅 机 构 进行分析研究 ， 建立 铰 接 变 幅 机 构 的 力 学 模 型 ， 实 现 机 构
ｙ Ｄ・ ｘ ｌ ／ ￣ ／ （ ｙ 。 一Ｙ ｃ ） 。 ＋（ Ｘ。 一Ｘｃ ） 同理 ， 可求 出 ｚ 、 ｚ ｚ ｙ ２ 。
（ ４ ）
设定各 铰 点 初 始 位 置 坐标 为 Ａ（ Ｘ ， Ｙ ａ ） ， Ｂ（ Ｘ ，
Ｙ ）， Ｃ（ Ｘ ｃ， Ｙ ）， Ｄ（ Ｘ 。， Ｙ。）， Ｅ（ ＸＥ， ＹＥ）， Ｆ（ ＸＦ， ＹＦ）， Ｏ
所示 。
４ ２
１ Ｆ 一Ｇ×ｚ 。 ×ｚ ／ （ ｚ × ＋ｚ ×ｚ ）
根 据 点 到 直 线 距 离 计 算 公 式及 图 ２求 出 ￡ ， 如 式（ ４ ）
所示 。
ｚ １ 一ｌ （ ｙＤ —Ｙｃ ）・ＸＢ 一（ ＸＤ — Ｘｃ ）・Ｙ Ｂ ＋ ＸＤ・Ｙｃ —
（ Ｘ。， Ｙ。 ） 。２ ＃臂 相 对 １ ＃臂 变 幅 角 度 ａ ， 即 点 ｃ、 Ｆ 绕 点
１ —１ ＃臂 ２ —２ ＃臂 ３ 一连 杆 （ １ ）４ 一连杆（ ２ ）５ 一变 幅 油缸 图 １ 登 高 平 台消 防 车臂 架 铰 接 变 幅 机 构 示意 图
优 化设 计 。 １ 研 究对 象
ｍｍ； ｚ 为作用力 Ｆ 对 Ｂ点的力臂 ， ｍｍ。 对２ ＃臂架 绕 Ａ 点 求 力 矩 平 衡 ， 可得式 （ ２ ） 。
Ｆ ×Ｚ ＋ Ｆ × Ｚ 一 Ｇ × Ｚ 。 （ ２ ）
式 中： ｚ 为 变 幅 油 缸 力 对 Ａ 点 的 力 臂 ， ａｍ； ｒ ｚ 为 作 用 力 Ｆ 对 Ａ 点 的力 臂 ， ａｍ； ｒ ｚ 。为 ２ ＃臂 及 以 上 部 件 重 力 和 对 Ａ点 的力臂 ， ｍｍ。 结合式 （ １ ） 、 式（ ２ ） 可得式 （ ３ ） 。
文章 编 号 ： １ ０ ０ ９ —０ ０ ２ ９ （ ２ Ｏ １ ３ ） Ｏ ３ 一Ｏ ２ ９ ７ 一Ｏ ３
登 高平 台 消 防 车 按 臂 架 主 要 结 构 形 式 分 为 伸 缩 式 、 折 叠 式 以及 伸 缩 折 叠 组 合 式 。 目前 普 遍 应 用 的 臂 架 形 式
为伸缩折叠组合式 ， 即臂 架系 统 由一组 多级伸 缩臂 （ １＃
臂） 加另一组 多级伸缩臂 或折 叠臂 （ ２ ＃臂 ） 组成 ， 两 组 多
级 臂 架 之 间采 用 铰 接 变 幅 机 构 进 行 连 接 ， 实 现 两 组 臂 架 之 间 的 相对 变 幅 转 动 。两组 多 级 臂 架 之 间 的 铰 接 变 幅 机 构不但要满足 其运动 轨迹 的要求 ， 而 且 要 求 其 变 幅 油 缸 在 变 幅 过程 中 压 力 峰 值 小 ， 油 缸 冲击 小 。王 毅 等 对 登 高 平 台消 防 车变 幅 机构 进 行 受 力 分 析 ， 王鑫等对 ６ ８ ｒ ｆ ｌ 登 高
计 算
３ ６ ０ ０ ｍｍ， 其 中 ｋ 为 油缸 安 装 尺 寸 ， ｌ ＃臂 与 ２ ＃臂 初 始 夹 角 为 劬 一 一４ 。 。
２ 铰 接 变 幅 机 构 力 学模 型
中图分类号 ： ＴＵ９ ９ ８ ． １ ３ １ 。ＴＨ１ ３ ２ ． ３
文献标志码 ： Ｂ
图 ２为 １ ＃臂 与 ２ ＃臂 铰 接 变 幅 机 构 受 力 分 析 简 图 ， Ｇ为 ２ ＃臂 及 以 上 部 件 重 力 和 ， ０为 质 心 点 。