张增密 韩飞坡 李逸天 刘云松

摘要：曲柄滑块式转向机构是一种常见的转向机构，其作为叉车转向桥的核心机构对叉车的转向功能具有至关重要的作用.本文通过对该机构空间运动分析、数学建模，确定出了该机构外轮实际转角、理论转角之间的关系，将两者之间的最大偏差值的最小化作为优化目标，利用MATLAB提供的优化算法，对该机构进行优化设计.根据优化所得尺寸参数，在ADAMS中建立相應的虚拟样机，对样机做了运动仿真分析，分析数据表明优化参数合理、准确.

关键词：MATLAB;ADAMS;转向机构：优化设计

中图分类号：TH122  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2020）02-0075-02

0 引言

叉车是机动工程车辆的典型机种，常常在码头、工业货仓、工厂等物流集散地进行堆码、拆垛、转运等作业.在叉车转向机构中，由于曲柄滑块式转向机构转向性能优良，使用该机构制造的转向桥结构紧凑、可以输出较大转向力矩，该机构在叉车整车设计中得到了广泛应用[1].

低频率的直线行驶、高频率的转向是叉车作业主要特点，频繁的转向会造成叉车轮胎寿命大大缩短，因此，对叉车转向机构进行优化设计分析具有深远的意义.

1 叉车曲柄滑块式转向机构模型简化及数学模型建立

转向机构简化模型如图1所示，图中各符号所对应原转向机构含义如下：r-转向节节臂长度;f-连接杆长度;e-油缸偏距;M-主销中心距;θ-初始时转向节节臂和主销孔中心线夹角;H-油缸活塞杆总长;T0-初始时油缸活塞端部到主销距离;S-油缸活塞杆在水平方向上移动距离.该机构在油缸的驱动下，油缸活塞杆沿水平位置向右移动，机构发生偏转，转向机构由粗实线位置转移至细单点长划线位置.此时，左、右车轮转过的角度分别为α、λ.

3 转向机构模型验证分析

根据MATLAB优化后的机构尺寸，利用ADAMS软件[3]对转向机构进行几何体建模，并施加约束副和驱动副，最终样机模型如下：

在样机模型上对内、外车轮转角分别创建测量函数，并利用ADAMS/PostProcessor绘制出内、外轮转角的关系曲线，图4中横坐标为该机构的内轮转角，纵坐标为该机构的外轮转角.

图4所得内、外轮转角关系图应与叉车只做纯滚动时内、外轮转角的理论关系图一致.为此可以将样机中的内轮转角关系转变为数据的形式（将上图中的横坐标和纵坐标从ADAMS导出），并利用MATLAB工具将其与叉车纯滚动时的内外轮转角关系做对比.

图5显示了转向机构在实际和理想情况下的内外轮转角关系，其中实线是理想情况下的转角关系情况，虚线是优化后机构的实际转角情况.从图中可以看出，优化后的内、外轮转角关系与理论的内、外轮转角关系一致.

图6为转向机构在实际、理论情况下的内、外轮转角误差曲线图.从图中可以看出，本次优化后的转向机构内、外轮转角误差不大于0.7°，完全满足实际需求，因此优化参数合理.

4 结束语

对叉车曲柄滑块式转向机构进行了几何、运动分析，建立了相应的数学模型，使用MATLAB工具箱对机构进行了优化分析.根据MATLAB提供的优化尺寸数据，在ADAMS软件中对其建模并进行了运动仿真分析，得到样机内、外轮转角关系，同时将内、外轮转角关系在实际样机和理论情况下做对比.最终可知，通过MATLAB优化后的转向机构尺寸所建立的样机，其内、外轮转角关系与理想状态下的内、外转角关系极为吻合，最大转角误差不超过0.7°，满足工作需要.

参考文献：

〔1〕陶元芳，卫良保.叉车构造与设计[M].北京：机械工业出版社，2010.

〔2〕李杰.电动平衡重式叉车转向机构设计研究[D].广西大学，2013.

〔3〕郭卫东.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.