CN111881526B - 小型巷道堆垛机工作性能仿真分析方法及系统 - Google Patents

小型巷道堆垛机工作性能仿真分析方法及系统 Download PDF

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Abstract

本公开公开了小型巷道堆垛机工作性能仿真分析方法及系统，包括：根据小型巷道堆垛机的模块划分及各零部件图纸，建立小型巷道堆垛机的基型三维模型；设置小型巷道堆垛机的功能尺寸，根据功能尺寸对小型巷道堆垛机的基型三维模型进行调整，得到小型巷道堆垛机的重建三维模型；根据实际工况条件，分析小型巷道堆垛机的重建三维模型中小型巷道堆垛机的受力情况；基于小型巷道堆垛机的受力情况，对小型巷道堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，输出仿真分析结果。

Description

小型巷道堆垛机工作性能仿真分析方法及系统
技术领域
本公开涉及仿真分析技术领域，特别是涉及小型巷道堆垛机工作性能仿真分析方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
堆垛机作为智能物流与自动化仓储系统的核心设备，它的设计研究和创新变革直接影响了物流行业的发展趋势、企业生产效率和经济效益。
发明人发现，小型巷道堆垛机的研发是一个复杂的系统工程，传统的理论计算方法，计算过程复杂难以实现，而且会产生较大的误差，不能够满足当今社会快速化、高效化的设计需求。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了小型巷道堆垛机工作性能仿真分析方法及系统；
第一方面，本公开提供了小型巷道堆垛机工作性能仿真分析方法；
小型巷道堆垛机工作性能仿真分析方法，包括：
根据小型巷道堆垛机的模块划分及各零部件图纸，建立小型巷道堆垛机的基型三维模型；
设置小型巷道堆垛机的功能尺寸，根据功能尺寸对小型巷道堆垛机的基型三维模型进行调整，得到小型巷道堆垛机的重建三维模型；
根据实际工况条件，分析小型巷道堆垛机的重建三维模型中小型巷道堆垛机的受力情况；
基于小型巷道堆垛机的受力情况，对小型巷道堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，输出仿真分析结果。
第二方面，本公开提供了小型巷道堆垛机工作性能仿真分析系统；
小型巷道堆垛机工作性能仿真分析系统，包括：
建立模块，其被配置为：根据小型巷道堆垛机的模块划分及各零部件图纸，建立小型巷道堆垛机的基型三维模型；
调整模块，其被配置为：设置小型巷道堆垛机的功能尺寸，根据功能尺寸对小型巷道堆垛机的基型三维模型进行调整，得到小型巷道堆垛机的重建三维模型；
分析模块，其被配置为：根据实际工况条件，分析小型巷道堆垛机的重建三维模型中小型巷道堆垛机的受力情况；
输出模块，其被配置为：基于小型巷道堆垛机的受力情况，对小型巷道堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，输出仿真分析结果。
第三方面，本申请还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述第一方面所述的方法。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序(产品)，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多个处理器上运行的时候用于实现前述第一方面任意一项的方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1)该方法可以替代以往人工校核的过程，提高小型巷道堆垛机系统仿真结果的准确性，提高小型巷道堆垛机的设计效率，降低小型巷道堆垛机的研制成本。
2)该方法在分析不同型号堆垛机时无需进行重新建模，仅需更改重要零件的零件设计表参数就可以改变整个模型的尺寸参数，使其成为新的型号，然后将新模型导入进行分析，省去了重新建模的时间，提高工作效率。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例一的一种小型巷道堆垛机安全性评价方法流程图；
图2为本公开实施例一的小型巷道堆垛机模型网格划分界面；
图3为本公开实施例一的小型巷道堆垛机模型进行边界条件设置和载荷的添加的界面；
图4为本公开实施例一的小型巷道堆垛机模型应力结果云图；
图5为本公开实施例一的小型巷道堆垛机模型应变结果云图；
图6为本公开实施例一的小型巷道堆垛机系统疲劳寿命云图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例提供了小型巷道堆垛机工作性能仿真分析方法；
如图1所示，小型巷道堆垛机工作性能仿真分析方法，包括：
S101：根据小型巷道堆垛机的模块划分及各零部件图纸，建立小型巷道堆垛机的基型三维模型；
S102：设置小型巷道堆垛机的功能尺寸，根据功能尺寸对小型巷道堆垛机的基型三维模型进行调整，得到小型巷道堆垛机的重建三维模型；
S103：根据实际工况条件，分析小型巷道堆垛机的重建三维模型中小型巷道堆垛机的受力情况；
S104：基于小型巷道堆垛机的受力情况，对小型巷道堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，输出仿真分析结果。
进一步地，根据小型巷道堆垛机的模块划分及各零部件图纸，是指：对小型有轨巷道堆垛机的全部零件进行模糊聚类，将存在联系的零件集成为一个模块，最终将其分为行走机构模块、立柱机构模块、升降机构模块、货叉机构模块、上横梁机构模块和电气控制系统模块。
进一步地，所述建立小型巷道堆垛机的基型三维模型，是利用SolidWorks建立小型巷道堆垛机的基型三维模型。
进一步地，所述S101：根据小型巷道堆垛机的模块划分及各零部件图纸，建立小型巷道堆垛机的基型三维模型；具体步骤包括：
S1011：根据小型有轨巷道堆垛机图纸，建立小型巷道堆垛机各零部件的模型；
S1012：在小型巷道堆垛机零件模型中建立零件设计表，对零件设计表中功能尺寸(与小型有轨巷道堆垛机工作性能参数直接相关的尺寸)添加系列化设计参数；
S1013：在小型巷道堆垛机零件模型和装配体模型中，对零件中或装配关系中非功能尺寸(与小型有轨巷道堆垛机工作性能参数间接相关的尺寸)添加约束或者函数关系。
应理解的，所述装配体模型，是指对小型有轨巷道堆垛机各模块中的零件进行装配，装配完成后形成模块的装配体模型。
对非功能尺寸添加约束或者函数关系，包括：比例关系、差和关系、先取比例再取整的关系等，例如：D1@凸台-拉伸1@SC1-03-03导轨<1>.Part＝"高度@凸台-拉伸1@SC1-03-02立柱<1>.Part"-180。
进一步地，所述S102：设置小型巷道堆垛机的功能尺寸，根据功能尺寸对小型巷道堆垛机的基型三维模型进行调整，得到小型巷道堆垛机的重建三维模型；具体步骤包括：
通过更改小型巷道堆垛机零件设计表参数来改变整个堆垛机的尺寸大小，从而使小型巷道堆垛机成为新的系列型号。
进一步地，所述小型巷道堆垛机的功能尺寸，包括：行走机构长度，行走机构宽度，立柱方管高度，立柱方管边长，立柱方管厚度，货叉底板长度。
进一步地，所述实际工况条件，包括：小型巷道堆垛机载荷，小型巷道堆垛机运行状态，所述小型巷道堆垛机运行状态，包括：加速状态，减速状态，匀速或静止状态。
进一步地，所述根据实际工况条件，分析小型巷道堆垛机的重建三维模型中小型巷道堆垛机的受力情况；具体步骤包括：
根据小型巷道堆垛机载荷状况，计算小型巷道堆垛机所受外力及着力点；
根据小型巷道堆垛机的运行状态，计算小型巷道堆垛机的加速度及方向；
根据实际工作状况，将小型巷道堆垛机的工况分为三种：加速状态、减速状态、匀速或者静止状态，小型巷道堆垛机加速状态时的加速度设为1m/s2,减速状态时的加速度设为-1m/s2。
进一步地，所述基于小型巷道堆垛机的受力情况，对小型巷道堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，输出仿真分析结果；具体步骤包括：
S1031：将可参数化操作的小型巷道堆垛机模型导入ANSYS Workbench中，进行有限元仿真分析；
S1032：设置小型巷道堆垛机模型材料属性；
S1033：对小型巷道堆垛机模型进行网格划分；
S1034：确立小型巷道堆垛机模型边界条件；如图3所示；
S1035：对小型巷道堆垛机模型进行载荷的添加；
S1036：对小型巷道堆垛机进行计算并得到仿真结果；得到堆垛机应力、总变形、安全系数和系统疲劳曲线；从而根据分析结果判断该小型巷道堆垛机是否满足安全性要求，如图4、图5和图6所示。
示例性的，所述S1032对小型巷道堆垛机各零件设置材料的种类及其性能参数，比如本例采用Q235号钢，其性能参数是密度为7850kg/m3、屈服强度为235Mpa。
示例性的，所述S1033对小型巷道堆垛机模型进行网格划分使用自动划分网格方法，也可以指定某一种或者某几种方法进行划分。细化网格可以使分析的结果更精确，但是需要更大的内存空间和更长的计算时间。由于本申请所研究的小型有轨巷道堆垛机零部件较多、体积较大，所以采用自动划分网格方法。设置网格相关度为0，相关度中心设置为紧密。
应理解的，该方法是Workbench自带的网格划分的方法，自动划分网格就是在对模型进行划分网格时系统自动规划网格的大小和形状，划分完网格的模型如图2所示。只有对模型划分网格后才能对其进行有限元分析。
示例性的，所述S1034的具体步骤包括：将两行走轮进行固定，防止在仿真过程中因缺少约束而发生偏移。
示例性的，所述S1035的具体步骤包括：对货叉施加额定载荷125％的垂直向下的压力，对升降机构中的链条固定件施加等同与自身重力的垂直向上的拉力，对升降机构中的支撑链轮施加与施加在链条固定件的大小相等方向相反的压力，另外，对模型所在的环境施加重力场。分析加速状态或者减速状态时还需要添加相应的加速度场。
利用ANSYS Workbench对小型巷道堆垛机模型进行有限元仿真分析。
根据本公开的小型巷道堆垛机安全性评价方法，可以在堆垛机设计完成后对其进行加速、减速和静止状态的仿真分析，得到堆垛机应力、总变形、安全系数和系统疲劳曲线，从而根据分析结果判断该小型巷道堆垛机是否满足安全性要求。
利用参数化设计和有限元仿真相结合，开发相应的快速仿真模板，以实现对整个仿真分析过程的统一管理。深入了解小型巷道堆垛机建模和仿真分析的流程后，添加和完善了大量实用功能，开发了适合于小型巷道堆垛机系统仿真分析过程的分析模板。
最后利用ANSYS Workbench对小型巷道堆垛机模型进行有限元仿真分析，其主要步骤包括：导入小型巷道堆垛机模型、设置小型巷道堆垛机模型材料属性、对小型巷道堆垛机模型进行网格划分、确立小型巷道堆垛机模型边界条件、对小型巷道堆垛机模型进行载荷的添加、对小型巷道堆垛机进行计算并得到仿真结果。
实施例二
本实施例提供了小型巷道堆垛机工作性能仿真分析系统；
小型巷道堆垛机工作性能仿真分析系统，包括：
建立模块，其被配置为：根据小型巷道堆垛机的模块划分及各零部件图纸，建立小型巷道堆垛机的基型三维模型；
调整模块，其被配置为：设置小型巷道堆垛机的功能尺寸，根据功能尺寸对小型巷道堆垛机的基型三维模型进行调整，得到小型巷道堆垛机的重建三维模型；
分析模块，其被配置为：根据实际工况条件，分析小型巷道堆垛机的重建三维模型中小型巷道堆垛机的受力情况；
输出模块，其被配置为：基于小型巷道堆垛机的受力情况，对小型巷道堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，输出仿真分析结果。
此处需要说明的是，上述建立模块、调整模块、分析模块和输出模块对应于实施例一中的步骤S101至S104，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
上述实施例中对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。
所提出的系统，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如上述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时，可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另外一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
实施例三
本实施例还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述实施例一所述的方法。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例一中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
实施例四
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一所述的方法。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.小型巷道堆垛机工作性能仿真分析方法，其特征是，包括：
根据小型巷道堆垛机的模块划分及各零部件图纸，建立小型巷道堆垛机的基型三维模型；具体步骤包括：
根据小型有轨巷道堆垛机图纸，建立小型巷道堆垛机各零部件的模型；
在小型巷道堆垛机零件模型中建立零件设计表，对零件设计表中功能尺寸添加系列化设计参数；
在小型巷道堆垛机零件模型和装配体模型中，对零件中或装配关系中非功能尺寸添加约束或者函数关系；
设置小型巷道堆垛机的功能尺寸，根据功能尺寸对小型巷道堆垛机的基型三维模型进行调整，得到小型巷道堆垛机的重建三维模型；
根据实际工况条件，分析小型巷道堆垛机的重建三维模型中小型巷道堆垛机的受力情况；所述实际工况条件，包括：小型巷道堆垛机载荷，小型巷道堆垛机运行状态，所述小型巷道堆垛机运行状态，包括：加速状态、减速状态、匀速或静止状态；
所述根据实际工况条件，分析小型巷道堆垛机的重建三维模型中小型巷道堆垛机的受力情况；具体步骤包括：
根据小型巷道堆垛机载荷状况，计算小型巷道堆垛机所受外力及着力点；
根据实际工作状况，将小型巷道堆垛机的工况分为三种：加速状态、减速状态、匀速或者静止状态；
根据小型巷道堆垛机的运行状态，计算小型巷道堆垛机的加速度及方向；
基于小型巷道堆垛机的受力情况，对小型巷道堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，输出仿真分析结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，根据小型巷道堆垛机的模块划分及各零部件图纸，是指：对小型有轨巷道堆垛机的全部零件进行模糊聚类，将存在联系的零件集成为一个模块，最终将其分为行走机构模块、立柱机构模块、升降机构模块、货叉机构模块、上横梁机构模块和电气控制系统模块。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是，设置小型巷道堆垛机的功能尺寸，根据功能尺寸对小型巷道堆垛机的基型三维模型进行调整，得到小型巷道堆垛机的重建三维模型；具体步骤包括：
通过更改小型巷道堆垛机零件设计表参数来改变整个堆垛机的尺寸大小，从而使小型巷道堆垛机成为新的系列型号。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述小型巷道堆垛机的功能尺寸，包括：行走机构长度，行走机构宽度，立柱方管高度，立柱方管边长，立柱方管厚度，货叉底板长度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述基于小型巷道堆垛机的受力情况，对小型巷道堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，输出仿真分析结果；具体步骤包括：
将可参数化操作的小型巷道堆垛机模型进行有限元仿真分析；
设置小型巷道堆垛机模型材料属性；
对小型巷道堆垛机模型进行网格划分；
确立小型巷道堆垛机模型边界条件；
对小型巷道堆垛机模型进行载荷的添加；
对小型巷道堆垛机进行计算并得到仿真结果；得到堆垛机应力、总变形、安全系数和系统疲劳曲线；从而根据分析结果判断该小型巷道堆垛机是否满足安全性要求。
6.小型巷道堆垛机工作性能仿真分析系统，其特征是，包括：
建立模块，其被配置为：根据小型巷道堆垛机的模块划分及各零部件图纸，建立小型巷道堆垛机的基型三维模型；具体步骤包括：
根据小型有轨巷道堆垛机图纸，建立小型巷道堆垛机各零部件的模型；
在小型巷道堆垛机零件模型中建立零件设计表，对零件设计表中功能尺寸添加系列化设计参数；
在小型巷道堆垛机零件模型和装配体模型中，对零件中或装配关系中非功能尺寸添加约束或者函数关系；
调整模块，其被配置为：设置小型巷道堆垛机的功能尺寸，根据功能尺寸对小型巷道堆垛机的基型三维模型进行调整，得到小型巷道堆垛机的重建三维模型；
分析模块，其被配置为：根据实际工况条件，分析小型巷道堆垛机的重建三维模型中小型巷道堆垛机的受力情况；所述实际工况条件，包括：小型巷道堆垛机载荷，小型巷道堆垛机运行状态，所述小型巷道堆垛机运行状态，包括：加速状态、减速状态、匀速或静止状态；
所述根据实际工况条件，分析小型巷道堆垛机的重建三维模型中小型巷道堆垛机的受力情况；具体步骤包括：
根据小型巷道堆垛机载荷状况，计算小型巷道堆垛机所受外力及着力点；
根据实际工作状况，将小型巷道堆垛机的工况分为三种：加速状态、减速状态、匀速或者静止状态；
根据小型巷道堆垛机的运行状态，计算小型巷道堆垛机的加速度及方向；输出模块，其被配置为：基于小型巷道堆垛机的受力情况，对小型巷道堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，输出仿真分析结果。
7.一种电子设备，其特征是，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述权利要求1-5任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征是，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-5任一项所述的方法。
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