基于ADAMS仿真技术的挖掘机铰点受力分析

机械

2009年　　6月

第30卷　第2期

郑州大学学报(工学版)

JournalofZhengzhouUniversity(EngineeringScience)

Jun1　2009Vol130　No12

　　文章编号:1671-6833(2009)02-0071-04

基于ADAMS仿真技术的挖掘机铰点受力分析

周宏兵

1,2

,胡雄伟,孙永刚,王惠科

111

(1.中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;2.湖南山河智能机械股份有限公司,湖南长沙410100)

摘　要:为了获得挖掘机工作时主要铰接点处的连续受力变化值,利用Pro/E4.0和ADAMS2005两种软件,建立了SWE90U.在虚拟环境中,分别模拟了该挖掘机的铲斗挖掘斗3种典型工作状态,并针对该挖掘机的4个主要铰接点的受力情况进行了分析研究,得到了一系列相应的铰接点受力变化曲线.结果表明,动臂与斗杆铰接点的受力情况变化最为剧烈,而摇杆与斗杆铰接点的受力情况变化最为平缓.关键词:ADAMS;液压挖掘机;仿真;铰点中图分类号:TU621　　　文献标识码:A

0　引言

,过去,人们往往只能接点的受力情况,得到仅是一些离散的、特定位置的受力值,难以完整地反映实际情况,且其正确性

[1-2]

尚值得商榷.随着计算机辅助设计技术的发展,虚拟样机技术已广泛应用于各个领域.但目前针对挖掘机铰点受力的仿真研究还比较少,且还停留在单一工况研究上.笔者采用ADAMS

[4]

的多刚体动力学模型,其数学形式为一系列以各刚体运动位置、姿态、速度和加速度为变量的非线性微分动力学方程,以及由各个约束所形成的非线性代数方程.对这些方程进行联立数值积分求解即可获得各离散时刻各刚体运动的位移、速度和加速度等运动物理量以及各铰接点处的约束反力等信息.

[3]

.ADAMS中的计算效,,如省略了与研究无关的推土板和销钉、卡环等细小构件.

图1挖掘机机构拓扑图

Fig.1　Topologicalgraphoftheexcavatormechanism

1.2　ADAMS虚拟样机的建立

1　虚拟样机的建立

1.1　Pro/E三维实体模型的建立

挖掘机的主要结构包括机身、动臂装置、斗杆

装置、铲斗装置,其机构拓扑图如图1所示.根据SWE90U挖掘机的设计图纸,采用三维实体造型软件Pro/E,逐一建立上述构件的实体模型,并使用自底向上的装配方法完成整个挖掘

　　收稿日期:2008-09-27;修订日期:2008-12-11

o/E保存为olid格式的文件环境菜单选择Im导入到ADAMS中的模型很好地继承了原来Pro/E模型的各种属性,包括位置关系、质心位置、转动惯量和质量信息,但是模型中原有的装配关系已不复存在,各零件只是按原来的位置关系

[6]

独立地存在于ADAMS环境中,因此必须通过添加约束来将它们重新装配起来.

所添加的具体约束情况如下:在机身与Ground之间添加固定副,在各连接铰点处添加转动副,在各油缸和其活塞杆之间添加移动副.在各

　　作者简介:周宏兵(1967-),女,湖南湘阴人,中南大学副教授,博士,主要从事工程机械机电液一体化技术方面的研

究,E-mail:zhbjcr@http://.

机械

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郑州大学学报(工学版)2009年

移动副上添加驱动,并将动臂油缸移动副驱动、斗杆油缸移动副驱动、铲斗油缸移动副驱动分别重命名为dongbiqudong、douganqudong和chandouqu2dong.设置长度单位为m,力的单位为N;设置重力的方向为-Y向,即竖直向下的方向,大小为-9.80665m/s.完成后的虚拟样机模型如图2所示

.

2

程中间偏前的位置.

根据SWE90U挖掘机的工作情况按位移方式设置各液压缸的驱动函数如表1所示,它们将使虚拟样机完成从图2所示姿态开始采用铲斗挖掘方式进行基坑挖掘,满斗后提升至装车高度的一系列动作.

表1　铲斗挖掘的驱动及阻力函数

Tab.1　Functionsofmotionsandresistancesinbucketdigging

项目

DongbiqudongDouganqudong函数表达式

step(time,0.8,0,1.6,-0.19)+

step(time,6.3,0,9,0.4207)step(time,0,0,0.5,-0.118)+step(time,6.3,0,9,429)step(time,0,-0.31)+1...68)stepm25,48866.3)+tim25,0.5,-48866.3)step(time,1.6,0,3.25,9733.26)+step(time,3.25,0,5,-9733.26)step(time,2.3,0,6.3,4802)

图2　虚拟样机模型

Fig.2　VirtualPrototype

tnGw

2　工作状况仿真与分析

,坑挖掘,、压实等操

作.下面将针对挖掘机的3种工作状况进行仿真与分析.

2.1　铲斗挖掘工况仿真

　　根据前述原因和油缸驱动过程,相应地设置铲斗挖掘阻力的切向分力Ft的函数、法向分力

Fn的函数和挖掘过程中铲入铲斗的物料重力Gw

的函数如表1所示.其中,切向分力的方向始终垂直于铲斗切削半径R,法向分力始终沿着铲斗切削半径R,它们的具体方向将随铲斗位置的变化而变化,而物料重力的方向则总是竖直向下的.

采用以上设置进行仿真,得到各铰接点受力的变化曲线如图3(a)所示.

1.6s时,铲斗活塞杆由原来的回缩状态开始转向外伸状态,推动铲斗进行挖掘,速度变化较大,因此各铰点受力曲线都出现了一个较小的峰值;3.25s左右,挖掘阻力达到峰值,各铰点也基本处于最大受力状态,其中动臂与斗杆铰接点的受力高达290150N;5.6s后,铲斗挖掘基本结束,机构运动仅受挖入铲斗的物料重力的影响,各铰点受力都维持在一个较小值.2.2　斗杆挖掘工况仿真

由文献[1]知,当挖掘机采用铲斗挖掘方式工作时,铲斗挖掘阻力的最大切向分力可用下式

表示:

Ftmax=C[R(1-cos<max)]

1.35

BAZX+D(1)

式中:C为土壤的硬度系数;R为铲 …… 此处隐藏：4632字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……