安晓蒙_小型履带式弹药供给车工作装置建模与性能仿真分.docx

河 北 工 业 大 学
毕业设计说明书

作 者： 安晓蒙 学 号： 080236
学 院： 机械工程学院
系(专业)： 车辆工程系
题 目：小型履带式弹药供给车工作装置建模与
性能仿真分析

指导者： 卞学良 教授

评阅者： 教授

2012 年 6 月 1日

毕业设计（论文）中文摘要

题 目 小型履带式弹药供给车工作装置建模与仿真分析

摘要：
目前，随着科学技术的迅速发展，军事装备也在高速发展，对于军事运输装备的要求也越来越严格。小型履带式弹药供给车主要用于小型弹药的装卸和运输。由于为弹药运输，所以对于小型履带式弹药供给车的工作装置有相对较高的要求。为达到工作装置的要求，本文主要对小型履带式弹药供给车的工作装置进行研究。
本论文主要工作内容为:
在查阅国内外资料的基础上，介绍了小型履带式弹药供给车的国内外发展现状和趋势；利用UG软件建立小型履带式弹药运输的工作装置的三维立体模型；通过软件接口将工作装置三维实体模型导入仿真软件ADAMS中；在View环境下建立小型履带式弹药供给车的工作装置的虚拟样机模型；对于已建立好的虚拟样机模型进行动态的性能仿真；根据仿真所得的曲线对小型履带弹药供给车的工作装置的主臂液压缸和举升臂液压缸以及关键铰接点的受力分析，为液压缸的型号选择和铰接点的结构设计提供了理论依据。
综述，本文主要讲述的内容为小型履带式弹药供给车的工作装置设计提供了理论依据，性能优化奠定了基础。

关键词： 履带式弹药供给车 工作装置 UG建模 性能仿真

毕业设计（论文）外文摘要

Title Small caterpillar ammunition supply truck work device modeling and simulation analysis

Abstract
At present,along with the rapid development of science and technology, military equipment is also at high speed development and transportation equipment for military requests too more and more strictly.Small caterpillar ammunition supply truck uses mostly for small ammunition loading ,unloading and transportating.As for the ammunition transportation, so for the small caterpillar ammunition supply the truck work device has a relatively high request.To achieve the requirements of the work unit, this paper mainly is for the work of the small caterpillar ammunition supply truck device.This paper mainly related content for:
Access to the information at home and abroad,the paper introduced simply small caterpillar ammunition supply of the present situation of the development of the truck at home and abroad;three-dimension model of the small caterpillar ammunition transport work device was based on UG software ; Through the software interface the work device three-dimensional entity model was established into simulation software ADAMS;In the View environment, small crawler ammunition supply vehicle working device of the virtual prototype model was builded ;Established virtual prototype model is for dynamic performance simulation; According to the simulation of the curve of small crawler ammunition supply the work of the Lord of the device truck,arm hydraulic cylinder,lifting arm hydraulic cylinder,key points of the hinged force was analysised,and thses provides theory basis for hydraulic cylinder of for model selection and design of the structure of hinged point.
Review, this article focuses on the contents for small crawler ammunition supply vehicle working device to provide a theoretical basis for the design and lay a foundation for performance optimization.

Keywords： crawler transporter ammunition Truck work device
UG modeling Performance simulation

目录

1 引言 1
1．1 叉车国外发展现状 1
1.2 叉车国内发展现状 4
1.3 研究的内容，目的，意义 5
2 小型履带式弹药供给车工作装置的建模 7

2.1 建模工具简介 7
2.2 零部件建模 9
2.3 工作装置的整体装配 12
3 小型履带式弹药供给车工作装置的仿真分析 16
3.1 仿真工具简介 16
3.2 仿真过程简介 16
4 工作装置受力分析与计算 26
4.1 提起货物时受力 28
4.2 举升货物时受力 31
4.3 货叉举升最高位置时受力 33
结论 38
参考文献 39
致谢 40

1 引言
随着科学技术的快速发展，一个国家的综合实力更多的体现在了军事装备的运输中。一个国家的军事设备先进了，那么这个国家在世界民族之林也就拥有了很高的地位。然而，在真正的作战过程中单单有军事装备的先进是远远不够的，必须保证足够的后备物料。因此，对于军事装备的运输有了很高的要求，既要达到快速的效果，又要保证装备的安全性，既要适应恶劣的工作环境，又要保证运输装备自身的牢固性。
小型履带式弹药供给车的履带式车轮既保证了该车能够在泥泞，丛林等恶劣的工作环境中进行运输，又能够保证弹药运输的平稳性和安全性。小型履带式弹药供给车与叉车的工作原理有着很大的相似性，都是用来运输货物。运输的货物不同也有着不同的性能要求。现在我们先从叉车研究，按国际标准化组织的分类, 叉车属于工业车辆中的高起升车辆, 定义为装有叉架和货叉用来运送和堆垛货物的高起升自装载车辆[1]。对于叉车的研究不仅是运输速度的快慢，更有稳定性理论和计算[2]。要确保叉车的工作装置的平稳性就更要先确定叉车的重心位置[3]以及叉车的横向稳定性[4]。
1．1 叉车国外发展现状
按照叉车的使用环境，通常可将其分为室内用与室外用两类。室外用的叉车通常为大吨位柴油、汽油或液化气叉车，如用于码头或者集装箱转运站的集装箱叉车、吊车。室内叉车则基本为电瓶车。[5,6]
叉车有机动灵活，活动范围大以及通用性强等特点，在完成一些野外恶劣条件下的作业时，大大减轻了工人劳动的强度，提高了工作效率。随着科技的发展，叉车所处的地位越来越显著。随着使用要求的越来越高，对于叉车的性能要求也越来越严格。
随着要求的产生，叉车也在以高速发展变化着。叉车的发展动向, 一是叉车规格向大型化发展, 二是向小型方面发展。大型与小型都是在不断地选型改进其结构来提高装卸、运行效率[7]。
世界上主要的叉车生产国为日本、德国和美国, 国际上产销量排名前几位的叉车制造商有林德、丰田、纳科、永恒力、小松、TCM 和力至优等著名公司。各公司在国际叉车经营与市场竞争中越来越重视产品技术的先进性, 结构的新颖性, 尤其是随着大规模集成电路、微电子技术、传感技术、信息处理技术和自动控制技术的发展, 机电一体化技术等也被普遍应用于工业搬运车辆的设计和研究中[8]。
国外的叉车品种齐全，各具特点，然而种类差异也很大，能够高效率的完成各种环境的作业。并且在人机工程，节约和环保方面做的出众。比如，世界上第一品牌的叉车，林德（Linde)叉车。世界上唯一一个将静液压技术应用于叉车的公司。
林德叉车主要分为以下几类:电动叉车，集装箱叉车和内燃叉车。以下分别介绍其特点。

图1-1 林德电动叉车E40

林德公司电动叉车E40（如图1-1）。林德电动叉车前轮是由自己公司制造的电机驱动，此电机装于一整体桥上。该电机保证了叉车具有良好的加速性能和爬坡能力以及大的牵引力，而双踏板控制系统又保证了叉车的转向的平稳性，准确性。一个减速器将传动系统的电机和车轮连接起来，省去了差速器，进一步减少了磨损，增长了工作寿命。电子脉冲控制与双踏板控制系统结合在一起使用, 改变了有级变速行驶状况,并且使行驶更加准确，配重之中装有该系统, 不仅拆卸与装配简单方便, 并且使该系统更加安全得到很好的维护。静压转向系统不仅装配紧凑而且操纵方便, 使得用于转向的力较小, 方向盘运动消耗的能量就会更小, 实现了叉车的原地转动。[9]

图1-2 林德集装箱叉车C360
林德集装箱叉车（如图1-2）稳定性，刚性都很好，并且视野门架较宽有足够的强度，几乎趋于线性的外门架线性横梁设计是由宽基负载滚轮和门架间的侧向滚轮保证的, 这样的结构大大减小了焊接应力。一个稳定的定位台架是由于安装的油缸的位置较高和门架基座设计坚固, 并且重载钢板制成的单壳体车架强度高。门架因扭曲造成的应力是通过一个特殊构造的液压阻尼倾斜阀传到车架的。[9]

图1-3 林德内燃叉车H60
林德内燃叉车（如图1-3 ）维修费用低和维修周期较长,以上两点都使该叉车拥有很高的性价比；发动机能够达到排放，能耗，噪声等都很低，能够更好的实现环境保护的功能；H100 以上柴油叉车起动平稳、加速有力，因采用了的柴油发动机的扭矩较高和换挡传动装置均为三级动力；小型内燃叉车能够一改以往的有级调速，是因为驱动系统采用了可调式液压驱动系统与发动机采用扭矩较高的发动机，两者很好的配合，使该小型内燃叉车实现了油耗量较低，工作效率较高的优点；并且整车较多的采用液压系统使车内环境较其他叉车好。[9]
如今国外各类叉车都在以很快的速度接近于更完美的性能，再此影响之下我国叉车也再以迅猛的势头发展着。
1.2 叉车国内发展现状
叉车行业是工程机械的一大类产品，最近几年叉车市场一直保持着高速增长的态势，因此吸引了越来越多的企业进入这一领域。但是国内市场与国外市场的格局还是存在不同的，目前国内叉车仍以燃气为主，很少采用电瓶式。就像上一节提到的林德公司的电力式叉车，已采用电做能源，做到了环保意识。
据了解，目前，国内叉车产品主要分为牵引车，平台车，堆垛车，托盘车等。目前，我国叉车主要以托盘车为主，可以分为全自动托盘车，全自动牵引车，全自动平台车三类。
根据相关统计，我国从事工业车辆的内资企业超过100家，外资也有超过18家企业已进入我国建厂和设立销售公司。国内市场的迅速发展吸引了众多的国内外行业、企业巨头的加入。这些企业在技术、研发、资金等方面具有较强的实力，在一定程度上更大的刺激了叉车市场的产品结构和发展模式的扩展。从1958年，第一台仿苏叉车在大连诞生以后，叉车的生产已经历50余载，目前生产的叉车起重量在0.5t～45t之间，产品品种达1000余种[10]。我国现在共有50 多家叉车生产企业，但大多数生产企业规模很小，主流的大型叉车制造商主要有安徽叉车集团、杭州叉车有限公司等几家企业，这几家企业占据国内90％以上的市场份额。相对于其他大型机械行业，叉车行业产业集中度相对较高，仅安徽叉车与杭州叉车这两大龙头企业就几乎占据了市场近60%的份额。与此同时，我国这个现今全球第四大叉车市场，行业的蓬勃发展也吸引着更多的投资活动，一方面国内厂家纷纷努力扩大产能以适应快速增长的市场需求，另一方面国外品牌也陆续加大在国内的投资力度，国外龙头厂商如丰田、林德都已经在国内合资建厂，不少外资企业或加快本土化进程，或加大产品进口力度，为我国用户提供了更宽广的产品型谱。但龙头企业的发展态势对行业整体发展影响较大。也正是因为这样，才使叉车行业成为了我国工程机械行业中为数不多的几个民族
品牌把握行业脉搏的子行业之一。[11]目前我国经济适用型叉车仍然占据着市场的主要地位，国内叉车主要集中在汽车产业、造纸业、烟草企业、物流和零售业，尤其是在仓储配送中心，叉车的购买和使用率几乎达到了100%。
目前, 安徽叉车集团公司、杭州叉车有限公司等几家国内销售叉车的企业销售资金已超过了亿元，然而其他国内叉车的销售企业的销售规模相对来说就比较小。如今，电动车辆，内燃叉车与小型搬运车辆不断的出现在了叉车的销售平台之上。由于起点低、规模小, 行业之间出现了较多的相互抄袭等现象。伴随着技术水平发展迅速， 各种领域各种行业对叉车的使用越来越广泛, 但国内叉车的生产企业不多以及叉车的种类较少, 距离用户所要求的标准还存在一定的差距。而且其产品在驱动方式、能源环保等方面, 与先进的国外制造商相比, 还存在相当大的差距。[12] 我国叉车的人机工程设计、外观造型设计和色彩设计方面与国外相比, 都还存在一定的差距,在这些方面也缺少专门人员去研究, 尤其是色彩设计比较杂乱和单调, 更需要进一步规范和加强管理。建议相关部门对叉车产品进行造型设计评定, 并对各厂家叉车产品的造型设计提出改进方案, 从而使我国的叉车产品再上一个台阶, 使我国更多的叉车产品打入国际市场。[12]
对于民用叉车的使用，可以看出民用运输装备正在以迅猛的速度发生着进化。相对而言，对于军用运输装备也必然以更加快速的方式进行着发展。本文着重对于小型履带式弹药供给车进行研究。
1.3 研究的内容，目的，意义
本课题研究的主要内容为利用UG三维建模软件根据小型履带式弹药供给车工作装置的二维图建立小型履带式弹药供给车的工作装置的三维模型图；然后将三维模型导入仿真分析软件ADAMS；利用ADAMS/View建立小型履带式弹药供给车的工作装置的虚拟样机模型；然后利用仿真软件对新建立的虚拟样机模型进行运动学和动力学的仿真分析；最后对于仿真分析的结果进行总结，主要是进行主臂与举升臂液压缸的受力曲线分析，以及关键铰接点在整个工作过程中的受力变化曲线，为进一步优化小型履带式弹药供给车的工作装置的各方面的性能做准备。
因为军事运输装备主要是在野外比较恶劣的条件下进行的，因此对于运输装备也有着特殊的要求。既要要求履带式弹药运输车有较强的适应能力，又要保证所运输的物料的安全性。因此，研究的目的主要是保证运输装备既具有较高的适应能力（如增加履带），又要保证工作装置的平稳性。与研究叉车的稳定性[13]的目的有着异曲同工之意。
研究的主要意义是：保证货物的平移运输，保证货物安全性；履带式的车轮构造保证运输装备更好的适应环境；为其他先进运输装备的设计提供先例。

2 小型履带式弹药供给车工作装置的建模
2.1 建模工具简介
UGS公司提供的Unigraphics NX软件为用户提供了一套全面的、集成的开发解决产品的方案，用于产品设计、分析、制造，使用户实现产品创新，缩短上市时间，提高质量，降低成本。
Unigraphics（简称UG）是最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，大范围的应用于造船、汽车、航天、航空、通用机械和电子等工业领域。Unigraphics现以发布了UG NX1.0到UG NX8.0。
EDS公司的Unigraphics NX是一个产品工程解决方案，用户用它进行产品设计及为加工验证手段和数字化造型[14]。Unigraphics NX有多个模块，二维曲线绘制、三维实体造型、自由曲面造型、装配、工程图转化[15]，我们主要应用的是建模和装配如图2-1所示 以及草图模块如图2-2所示。

2-1 UG建模模块图

图2-2 UG草图模块图
最后使用UG装配模块如图2-3 所示，装配过程是建立部件之间的连接关系。要在相关联的部件之间加上约束，能够很好地确定各部件之间的相对位置，以及各部件相对整体的位置。其中需要加以注意的问题是，不论是改变装配图中的那个部件，其零件图都会随着装配图中的零件发生相对的改变。并且打开一个装配图，那必须在英文目录的文件下有该装配图对应的零件图。如若不存在，装配图是无法打开的。

图2-3 装配图
对于UG软件的注意事项有了一定的了解，我们就可以开始建模工作，为后期小型履带是供给车的工作装置的性能仿真做相应的准备。

2.2 零部件建模
利用UG软件建立各个部件三维空间图，主要包括支座，主臂，主拉臂（2个），副拉臂（2个），货车架（提升液压缸，主动部分，从动部分），主臂液压缸（2个），举升臂液压缸（2个）等，这些零部件都为刚体结构。这些部件都是利用UG软件中的草图，实体，旋转，拉伸，镜像等特征或特征操作生成的。
支座是连接和工作装置的重要部分，支座与车架是焊接而成。如图2-4所示。

图2-4 支座三维图
主臂三维实体模型如图2-5所示

图2-5 主臂三维图

主拉臂三维实体模型如图2-6所示

图2-6 主拉臂三维图
副拉臂三维实体模型如图2-7所示

图2-7 副拉臂三维图
主臂液压缸三维实体模型如图2-8所示

图2-8 主臂液压缸三维图
举升臂液压缸三维实体模型如图2-9所示

图2-9 举升臂液压缸三维图
框架组合如图2-10所示。

图2-10 框架组合图
主横梁组焊图2-11所示。

图2-11 主横梁组焊图
对于零部件三维实体模型的建立，最应该注意的问题是尺寸问题，在完成零部件三维实体模型的建立后，零部件的装配问题也是非常重要的。
2.3 工作装置的整体装配
利用UG软件里的装配模块进行零部件的装配。应注意的是对于任何零部件的修改都会显示在装配图中。
利用UG软件对各个零部件进行装配的过程主要包括以下几个步骤：
1． 选择菜单栏中的“开始”选项，观察“开始”中的“装配”选项，点击该选项，直至“装配”前出现对号为止。进入装配模块后，在整个工作窗口的下面出现装配工具条，该工具条是可以上下移动的。如图2-12所示

图 2-12 UG装配模块的打开图
2． 点击装配工具条中的“添加组件”选项，就可以在保存的零部件的路径下打开该零部件。并且要选择该零部件的放置方式。重复以上操作，可以添加各个部件，但应注意的时各个零部件之间的装配约束，要注意装配约束的添加不要造成装配误差。如图2-13所示

图2-13 装配模块添加组件图
3． 重复以上步骤可以添加各个零部件，直到装配完成。
装配过程图
支座的装配图，如图2-14所示。
对于支座的装配过程中，首先要将车架导入，定好坐标；然后再用“添加组件”选项，将支座引入。对于引入的支座添加相应的装配约束，达到如图所示效果。

图2-14 支座装配过程图
主臂的装配过程，如图2-15所示
对于主臂的装配过程，同样采用以上步骤。但是主臂在添加一定约束后，需要使用装配菜单栏中“移动组件”选项，对主臂进行一定角度的旋转。对于旋转的角度依据装配情况而定。

图 2-15 主臂的装配过程图
以下为部分组件装配图，如图2-16所示

图 2-16 部分组件装配图
对于装配过程的进行，应加以注意的问题是装配约束是否添加准确，这对于后期的动态仿真有很大的影响。以及坐标是否准确，对于导入仿真软件是否能进行顺利的动态仿真也是极其重要的。
以下为装配图，如图2-17所示。

图2-17 小型履带式弹药供给车工作装置装配总图

3 小型履带式弹药供给车工作装置的仿真分析
第二章主要是利用UG NX7.0 建立了小型履带式弹药供给车的工作装置的三维实体模型。本章我们主要是将三维实体模型导出，将其导入ADAMS/View模块，利用ADAMS/View对小型履带式弹药供给车的工作装置进行动态的仿真分析，进行运动学和动力学的仿真分析[16,17,18]。
3.1 仿真工具简介
多体系统动力学ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)该软件是美国MDI（Mechanical DynamicsInc )公司开发的，主要用于机械系统动力学仿真分析[19]。利用该软件可以建立其复杂的也可以是柔性，刚性，以及刚柔混合的运动学和动力学模型。
ADAMS主要分为ADAMS/View,ADAMS/truck,ADAMS/Chassis,ADAMS/Driveline,
ADAMS/Flex,ADAMS/Insight,ADAMS/Postprocessor,ADAMS/Solver等常用模块，其中各个模块有各个模块的功用。对于本课题所提到的履带式小型弹药供给车的工作装置的性能仿真主要用ADAMS/View进行仿真分析，以下所提到的仿真所进行的前期工作也是在ADAMS/View中进行的。
3.2 仿真过程简介
3.2.1 仿真工作环境的设置
建立模型前，需要设置工作环境，如选择坐标系，单位制，工作栅格，重力加速度[20]等。应注意的是单位制设置与几何模型的单位制不一致，就会出现根本上的问题，这些都得引起注意。
点击菜单栏中的“Setting”之后，在下拉菜单中有“Coordinate System”可以变换坐标系，可以在对话框中选择相应的坐标系，也可以选择坐标系是相对于空间(Spaced Fixed)还是相对于刚体坐标系（Body Fixed)如图3-1所示。

图3-1 坐标系选择图
对于工作栅格的设置同样是点击菜单栏中的“Setting”之后，在下来菜单中“Working Grid”,会弹出设置工作栅格对话框。可以用来修改工作栅格的形式，颜色和方位等。这里我们要用的修改工作栅格的方位较多。如图3-2所示。

图3-2 栅格设置图
对于单位制的设置同样是在“Setting”选项的下来菜单中的“Units”选项中，弹出如图3-3 所示对话框，将相应的单位设置成适合几何模型的单位制即可。另外系统已经定义好了几个单位制的组合，如MMKS,MKS,CGS,IPS。

图3-3 单位设置图
对于重力加速度的设置，同样是“Setting”，然后是下来菜单中的“Gravity”,点击该选项后，弹出设置重力加速度对话框，如图3-4所示 。系统的默认值是沿Y轴的负方向，对于重力加速度的值设置一定要注意单位制。

图3-4 重力设置图
另外还可以设置图标及图标颜色，图形区的背景颜色，模型元素的名称，字体，以及灯光[21]等。这些都可以根据仿真过程中不同情况进行操作。
3.2.2 仿真模型的导入
当工作环境设置好时，就可以将模型导入。利用ADAMS/View对模型进行动态仿真，要先将UG模型导出，这里我们应该将实体导出为Parasolid文本文件如图 3-5所示 ，然后再导入ADAMS/View模块，导入Parasolid文本文件过程如图 3-6 所示，导入过程需要格式的选取。

图3-5 UG模型导出图

图3-6 UG模型的导入
也可以将UG模型的在ADAMS/View初始界面时进行导入，导入方式如图3-7所示。

图 3-7 ADAMS/View初始界面导入图

3.2.3 运动副的创建
ADAMS/View要想模拟实际情况，就要根据实际情况抽象出相应的运动副。 在ADAMS/View中运动副主要分为：低副，基本副，高副。[22]低副包括固定副，旋转副，滑移副，圆柱副，平面副，等速副，球绞副，万向节（胡克副），螺杆副，齿轮副，耦合副。基本副包括平行副，垂直副，方向副，点面副，点线副，点点副。高副主要是两种点—线副和线—线副。[23]
对于各个运动副有了一定的了解我们才可以更加准确和合适的添加各个运动副，使模拟的模型的工作条件更趋近于实际情况，仿真结果更趋向于真实性。如图3-8所示 ，以下是运动副加完后的小型履带式弹药供给车的模型[24]。

图3-8 添加运动副后的小型履带式弹药供给车
3.2.4 运动驱动的添加
在履带式小型弹药供给车的工作装置仿真分析过程中，主要是对举升臂液压缸添加驱动来仿真。
履带式小型弹药供给车的主要仿真过程是将货物从地面抬升到一定的高度，主要是主臂液压缸与举升臂液压缸共同工作。
从二维图可以测量出在抬升叉架时，主臂液压缸的运动距离为254mm,举升臂液压缸的运动距离为445mm。
主臂液压缸的驱动函数为STEP( time , 0 , 0 , 10 , 254 )，为STEP函数，其中各个数值的主要意义是：
Time——代表主要为时间控制。
第一个0——代表从0s时刻开始。
第二个0——代表液压缸运动的位移为0mm。
10——代表到达第10s时。
254——代表液压缸运动的距离为254mm。
主臂液压缸液驱动函数曲线如图3-9所示

图3-9 主臂液压缸驱动函数曲线
举升臂液压缸驱动函数为STEP( time, 0 , 0 , 10 , -100 )+STEP( time, 10 ,-100, 20 , 335 )，该函数为两个STEP函数的叠加，具体位置的数或字母与主臂液压缸对应位置数和字母代表的意义一样，只是数值有所改变。
举升臂液压缸驱动函数曲线：

图3-10 举升臂液压缸驱动函数曲线
3.2.5 仿真过程
在完成模型导入，工作环境设置以及运动副的添加，驱动的添加后，就可以对虚拟样机模型进行动态的仿真过程[25]。根据仿真过程的得到的曲线就可以对模型的各个性能进行分析计算等后期处理。
小型履带式仿真过程主要为货物装载，举升的过程。前10秒钟主要是主臂液压缸与举升臂液压缸的一块运动，后10秒钟主要为举升臂液压缸的举升过程。其中的仿真动画截图，当时间为0s时，小型履带式弹药供给车的工作装置初始状态的位置，如图3-11所示。

图3-11 初始状态图
当时间为10s时，小型履带式弹药供给车的工作装置的仿真动画截图如图3-12所示。当10s以后，主臂液压缸随举升臂液压缸随动。

图 3-12 10s时仿真动画截图
当时间为15s时，举升臂液压缸将货叉举起，小型履带式弹药供给车的工作装置的仿真动画截图如图3-13所示。

图 3-13 15s时仿真动画截图
当时间为20s时，货叉被举起到最高位置，小型履带式弹药供给车的工作装置的仿真动画截图如图3-14所示。

图3-14 20s时仿真动画截图
3.3仿真结果分析
对于小型履带式弹药供给车工作装置运动起着关键作用的动力源主要是主臂液压缸与举升臂液压缸。对于动态仿真过程主要分析各个缸和关键铰接点在货叉在地面准备提起货物时，货车在车上准备举升货物时，和货叉举升货物到最高位置时三种情况下的受力。动态的仿真结果为分析履带式供给车工作装置的特性以及为以后进一步进行工作装置的优化提供关键数据[26]。
3.3.1 主臂液压缸受力仿真曲线
以下为主臂液压缸的所提供的力随时间的变化曲线如图3-15所示。

图3-15 主臂液压缸受力变化曲线
主臂液压缸主要是在前10秒内工作，将货物平移到车架上。后10秒随举升臂液压缸随动。前10秒主要是主臂液压缸不断伸长，提供一定的力，将货车从地面搬运到车架上，而举升臂液压缸主要处于压缩的状态。所以，前10秒主臂液压缸的力主要是呈现线性状态。应注意的问题是主臂液压缸为单侧驱动，所以在仿真曲线中所得到的力应除以2.
在0s时刻时，即货车在地面准备提起货物时单侧主臂液压缸的受力30000N。10s时刻，即货叉到达车架时刻（货叉准备举升货物时）单侧主臂液压缸受力应为450N左右。在20s时，即货叉到达最高位置时单侧主臂液压缸的受力为300N左右。因举升臂液压缸工作时，主臂液压缸的伸出量基本不发生变化，只是力的大小的变化。因此出现曲线末端的直线。
主臂液压缸受力随压伸缩距离变化曲线如图3-16所示。

图3-16 主臂液压缸受力变化曲线
3.3.2 举升臂液压缸受力仿真曲线
以下主要介绍从履带车上举升货叉时，举升臂液压缸的受力过程，从仿真曲线图3-17可得。
举升臂液压缸的工作过程为两个STEP函数的叠加，前10秒主要为货叉到履带车车上的过程，液压缸主要是压缩过程，并且液压缸所受的力变化不大，主要700N左右变化。而在货叉的举升过程中，主要为举升臂液压缸工作，举升臂液压缸的受力曲线接近于线性。从曲线图上可以得到，在0s时（即将货叉从地面举起的时刻）举升臂液压缸的力为2500N左右；在10秒时（即将货叉从车上举升时刻）举升臂液压缸的力为2000N左右；在20s时（即货叉被举升到最高位置时）举升臂液压缸所受的力为27500N左右。此出需说明：因为只有一侧缸加了驱动，所以对于受力的计算应该从曲线图上再除以2。

图3-17 举升臂液压缸受力曲线
举升臂液压缸受力随液压缸伸缩距离变化曲线如图3-18所示

图3-18 举升臂液压缸受力
小型履带式供给车工作装置的工作过程中主臂与三角板铰接点受力曲线如图3-19所示。从图中可以看出，主臂与三角板铰接点的受力先增大再减小过程。从曲线图上可以得到，在0s时（即将货叉从地面举起的时刻）主臂与三角板铰接点受力为36000N左右；在10秒时（即将货叉从车上举升时刻）主臂与三角板铰接点受力为38000N左右；在20s时（即货叉被举升到最高位置时）主臂与三角板铰接点受力为2000N左右。

图3-19 主臂与三角板铰接点受力曲线
小型履带式供给车工作装置的工作过程中举升臂与三角板铰接点受力曲线如图3-20所示。从图中可以看出，举升臂与三角板铰接点受力的曲线整体上呈现一直增大的趋势。从曲线图上可以得到，在0s时（即将货叉从地面举起的时刻）举升臂与三角板铰接点受力为3800N左右；在10秒时（即将货叉从车上举升时刻）举升臂与三角板铰接点受力为4000N左右；在20s时（即货叉被举升到最高位置时）举升臂与三角板铰接点受力为37000N左右。

图 3-20 举升臂与三角板铰接点受力曲线

4 工作装置受力分析与计算
4.1 提起货物时受力
4.1.1 叉架受力分析
小型履带式弹药供给车将货叉从地面提起时叉架的受力分析如图4-1所示。

图 4-1 叉架受力分析图
（1）. 由Y方向物体受力为零有公式：
,即

式中：
其中为货物质量的一半，为单个插架的质量，
为力与坐标系X方向上的夹角，为力G与坐标系X方向上的夹角，
其中，，
可得：
（2）. 对物体在J点取矩有公式：
，即

式中：
已知
可得：
（3）. 由X方向上物体受力为零有公式：
,即

由于都已知，
可得：
4.1.2　三角板受力分析
小型履带式弹药供给车将货叉从地面提起时三角板受力分析如图4-2所示。

图 4-2 三角板受力分析图
（1）. 对物体在H点取矩有公式:
,即

式中：

可得：
（2）. 由X方向上物体受力为零有公式：

式中：为力与竖直方向上的夹角，
为力与水平方向上的夹角，
为力与水平方向上的夹角；

可得：
（3）. 由Y方向物体受力为零有公式：

可得:
4.1.3 主臂受力分析
小型履带式弹药供给车将货叉从地面提起时主臂受力分析如图4-3所示。

图4-3 主臂受力分析图
对物体在B点取矩有公式:

式中：根据力的作用是相互的可得，

可得：
因此，根据牛顿第二定律可得，主臂液压缸所提供的力应为。
4.2 举升货物时受力
4.2.1 货叉在车上时受力分析
小型履带式弹药供给车将货叉从车架举起时，货叉在车上的受力分析如图4-4所示。

图4-4 货叉受力分析图
（1）. 对物体在C点取矩有公式：

,
式中：其中为货物质量的一半，
为单个插架的质量，

可得：
（2）. 由X方向上物体受力为零有公式：

式中：
为力与水平方向上的夹角，
可得：
（3）. 由Y方向物体受力为零有公式：
,即

式中：
可得：(竖直向下）
4.2.2 举升臂受力分析
小型履带式弹药供给车将货叉从车架举起时，举升臂受力分析如图4-5所示。

图4-5 举升臂受力分析图
对物体在D点取矩有公式：

,式中

可得：
所以，同理利用牛顿第二定律，举升时举升液压缸提供的力为。
4.3 货叉举升最高位置时受力
4.3.1 叉架受力分析
小型履带式弹药供给车的货叉被举升到最高位置时，叉架受力分析如图4-6所示

图 4-6 叉架受力分析图

（1）. 对物体在J点取矩有公式：
,即

式中：
其中为货物质量的一半，为单个插架的质量，

可得：
（2）. 由X方向上物体受力为零有公式：
,即

式中：，为力与水平方向上的夹角；

可得：
（3）. 由Y方向物体受力为零有公式：
，即

式中：
可得：
4.3.2 举升臂受力分析
小型履带式弹药供给车的货叉