摘 要：本文采用了多体动力学的方法对链式提升机的工作过程进行了动力学研究，利用RecurDyn的链传动模块和ProE建立了提升机的虚拟样机，采用相对坐标法和递归算法对提升机的工作过程进行了仿真计算，获得链式提升机的动力学参数。本文的方法和结论可以指导同类产品的设计和分析。

关键词：链式提升机；RecurDyn；动力学分析；虚拟样机

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.052

0 引言

链式提升机广泛应用于船舰、矿业和工业自动化生产系统中，随着科技的发展，链式提升机的速度更快、工作模式更多、接口更加复杂，因此其动态性能的研究更加重要、难度更大，采用多体动力学方法对链式提升机运动和受力进行分析，通过计算机模拟分析，研究链式提升机的工作规律，可以有效地指导设计和分析。具有链传动子模块、采用相对坐标系和递归算法的RecurDyn软件可以提供一个高效的分析平台。

1 链式提升机的动力学研究

链式提升机运动可以简化为由主动轮、导轨、链条、负载以及被动链轮组成。电机驱动主动链轮转动，带动负载和被动链轮运动。负载与链条固定在一起；导轨限制了链条的横向振动，使负载做近乎垂直的运动。

应用刚体动力学单自由度等效法对链式提升机进动力学分析，将链式提升机机械部分所有元件的惯性特性和所受负载等效到主动链轮轴上形成一等效转动惯量和一等效负载力矩，可以推算出等效转动惯量的表达式：

式中：表示动力轴转角，等效力矩为驱动力矩和轴上阻力矩之差。根据公式2，利用数值方法可以求出链轮速度随时间变化的规律。但是，链式提升机中每个构件在不同时间的运行状态都是不断变化的，而且机构中存在复杂的接触碰撞过程，如果单独考虑每个构件的状态需要耗费大量的精力，而简化则会影响计算的精度。所以用虚拟样机来进行动力学仿真可以在保证精度的前提下减少计算的工作量。

2 虚拟样机建模

Recur Dyn是韩国Function Bay公司开发的一款多体系统动力学软件，它运用其特有的多柔体动力学分析技术，可以大规模的求解大变形、柔性体与刚性体接触、柔性体接触等复杂接触类问题。Recur Dyn 中有参数化的专业工具包，RecurDyn/Chain（链传动模块）可以实现不同类型链条的多体系统动力学仿真模型的快速化建模和智能化驱动以及动力学特性分析，该软件在对链传动系统具有求解速度快、装配方便的优点。

对链式提升机进行虚拟样机建模，首先分别用RecurDyn和ProE建立链条链轮和附件的模型，然后在RecurDyn中装配、添加约束，建立几何模型；在模型中添加力学元素，生成力学模型；最后，将力学模型转化为数学模型，求解。

3 仿真结果分析

设置主动链轮驱动速度、仿真步数等参数，运行仿真，获得仿真结果如图2、3、4。

主动链轮先迅速加速到恒速转动，在大约0.1s以后从动链轮和张紧链轮才开始加速。这个时间差就是链式提升机链条张紧的时间。从图上看，由于链式提升机的加速时间很短，所以其加速度看起来近似一条直线。从动轮以及从动链轮相对于主动链轮速度是波动的，并且呈现一定的周期性。链条预拉伸阶段的时间几乎为0，这是由于链条垂直放置，本身就产生一定的拉伸，而且链条的刚度很大，拉伸过程很短。

从以上分析中可以看出，链式提升机在进过较短的的加速阶段以后进入稳定阶段，速度在平均值附件上下变化，在运动过程中速度始终是波动的。其平均速度约为900mm/s，在t=2.80s时，最大速度为943mm/s；在=1.04s时，最小速度为865mm/s。速度不均匀系数为：

如果只考虑链传动的多边形效应，则只考虑链轮数量对速度不均匀性的影响，当齿数为25时，。可见由于链条较长，使速度不均匀性增大。

链节之间的受力一直是波动的，这是由于链式提升机带的负载随着链条始终是做周期性的运动造成的。链节与链轮的受力是先增大后减下。在分析中可以获得不同阶段的力大小，可以作为强度分析的输入值。

4 结束语

本文研究了大链式提升机的工作原理和动力学计算方法。考虑到链式提升机的实际工作情况，采用数值计算的方法难以计算，研究了使用RecurDyn多体动力学软件建模的方法，通过虚拟样机获得了链式提升机工作过程中的运动和力学参数。本文的研究可以为链式提升机的研究和优化改进提供支持。

参考文献：

[1]游仁华，杜朝红，欧建新.链条机构在舰炮供补弹系统应用中的建模与仿真[C].武备发展与科技创新——庆祝七一三所成立五十周年学术论文集，北京：兵器工业出版社，2013.4.

[2]Function Bay，Inc..RecurDyn（tm）/Solver Theoretical Manual .Seongnam-si： Function Bay，Inc.，2005：273-274.

[3]侯紅玲，赵永强.基于RecurDyn的精密滚子链传动的运动学特性分析仿真[J].机械传动，2014.

作者简介：黎良发（1990-），男，助理工程师，主要从事舰船装备研究。