搜索裝載機(jī)工作裝置的建模與仿真分析
2013-06-15 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線
裝載機(jī)是一種用途十分廣泛的工程機(jī)械,它主要用于對(duì)散狀物料進(jìn)行鏟裝、運(yùn)輸、卸載及平整作業(yè)。若換裝相應(yīng)的工作裝置,還可以進(jìn)行推土、起重、裝卸木料及鋼管等作業(yè)。工作裝置是裝載機(jī)的重要組成部分,裝載機(jī)的鏟裝、翻斗、提升、卸料都是通過(guò)工作裝置的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的,裝載機(jī)的工作裝置是由鏟斗、動(dòng)臂和用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗、升降動(dòng)臂的轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂油缸、連桿機(jī)構(gòu)組成。
1 裝載機(jī)工作裝置的建模
裝載機(jī)工作裝置建模在proe中實(shí)現(xiàn),利用proe零件實(shí)體,裝配成裝載機(jī)運(yùn)動(dòng)部件,ADAMS軟件包提供了與proe的接口模塊MECHANISM/Pro,它嵌入到proe中,利用它在proe環(huán)境中精確地定義剛體、運(yùn)動(dòng)副和載荷;然后將整個(gè)模型傳送給ADAMS,在ADAMS中完成其他仿真參數(shù)的設(shè)定,產(chǎn)生裝載機(jī)工作裝置的模型(見(jiàn)圖1),并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)/動(dòng)力學(xué)仿真。
2 仿真分析
2.1 仿真過(guò)程的控制
反轉(zhuǎn)六連桿裝載機(jī)工作裝置的典型工作過(guò)程可以分為以下4個(gè)階段:(1)收斗過(guò)程;(2)舉升過(guò)程;(3)卸料過(guò)程;(4)放平過(guò)程?？梢杂肁DAMS中的STEP函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)工作裝置動(dòng)力學(xué)仿真過(guò)程的控制。對(duì)應(yīng)于工作過(guò)程的4個(gè)階段,仿真過(guò)程的控制也分4個(gè)階段進(jìn)行。在仿真過(guò)程的每個(gè)階段,模型的動(dòng)作由加在構(gòu)件上的傳感器(Sensor)來(lái)限制,以保證動(dòng)作準(zhǔn)確到位。這4個(gè)階段的動(dòng)作控制要通過(guò)STEP函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),下面針對(duì)工作裝置的每一個(gè)動(dòng)作階段具體說(shuō)明仿真過(guò)程。
(1)轉(zhuǎn)斗缸伸長(zhǎng),動(dòng)臂缸閉鎖,鏟斗收斗,實(shí)現(xiàn)物料的鏟裝
a.為轉(zhuǎn)斗缸添加運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗缸伸長(zhǎng),鏟斗收斗;
b.在轉(zhuǎn)斗油缸上選擇Jiont_c1, 圓柱副,右擊選擇彈出菜單中的Modify命令顯示運(yùn)動(dòng)副修改對(duì)話框;
c.點(diǎn)選Impose Motion(s)...按鈕,顯示添加運(yùn)動(dòng)對(duì)話框;
d.選擇運(yùn)動(dòng)類型為disp(time)=;
e.可以在文本框中輸入所要添加的運(yùn)動(dòng)方程,也可以點(diǎn)選右邊的按鈕進(jìn)入運(yùn)動(dòng)方程編輯對(duì)話框,在此使用運(yùn)動(dòng)方程編輯對(duì)話框,輸入STEP函數(shù)如圖2所示,完成運(yùn)動(dòng)添加;
f.為動(dòng)臂缸添加運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)斗缸動(dòng)作時(shí),動(dòng)臂缸自鎖。其操作步驟同上,定義的運(yùn)動(dòng)方程為step(time,0,0,3,0);
g.進(jìn)行3s,步長(zhǎng)為0.01s的動(dòng)態(tài)仿真分析,此階段運(yùn)行后的模型如圖3所示。
(2)轉(zhuǎn)斗缸閉鎖,動(dòng)臂缸伸長(zhǎng),動(dòng)臂上舉,實(shí)現(xiàn)物料的舉升
a.為動(dòng)臂缸添加運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂的舉升。操作步驟同上,定義的運(yùn)動(dòng)方程為step(time,0,0,3,0)+step(time,3.1,0,7,4.29);
b.為轉(zhuǎn)斗缸添加運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)在動(dòng)臂舉升時(shí),轉(zhuǎn)斗缸自鎖。添加的運(yùn)動(dòng)方程為step(time,0,0,3,2.5)+step(time,3,0,7,0);
c.進(jìn)行運(yùn)行時(shí)間為7s,步長(zhǎng)為0.01s的仿真分析,在第2階段運(yùn)行后動(dòng)臂、搖臂、鏟斗所處的位置如圖4所示。
(3)轉(zhuǎn)斗缸收縮,動(dòng)臂缸閉鎖,鏟斗翻轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)物料的卸載
a.為轉(zhuǎn)斗缸添加運(yùn)動(dòng),使轉(zhuǎn)斗缸伸長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)斗的翻轉(zhuǎn)。添加的運(yùn)動(dòng)方程為step(time,0,0,3,2.5)+step(time,3,0,7,0)+step(time,7.1,0,10,-4.5);
b.為動(dòng)臂缸添加運(yùn)動(dòng),使轉(zhuǎn)斗翻斗時(shí)動(dòng)臂缸自鎖,動(dòng)臂在舉升的位置保持不變。定義的運(yùn)動(dòng)方程為step(time,0,0,3,0)+step(time,3.1,0,7,4.29)+step(time,7.1,0,10,0);
c.進(jìn)行運(yùn)行時(shí)間為10s,步長(zhǎng)為0.01s的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析,在第3階段運(yùn)行后動(dòng)臂、搖臂、鏟斗所處的位置如圖5所示。
(4)轉(zhuǎn)斗缸收縮,動(dòng)臂缸收縮,動(dòng)臂下降,鏟斗自動(dòng)放平,自動(dòng)進(jìn)入下一次鏟掘狀態(tài)
a.為動(dòng)臂缸添加運(yùn)動(dòng),動(dòng)臂缸收縮,動(dòng)臂下降,返回到初始狀態(tài)。添加的運(yùn)動(dòng)方程為
step(time,0,0,3,0)+step(time,3.1,0,7,4.29)+step(time,7.1,0,10,0)+step(time,12,0,15,-4.29);
b.為轉(zhuǎn)斗缸添加運(yùn)動(dòng),動(dòng)臂在下降過(guò)程中,轉(zhuǎn)斗缸也收縮,鏟斗自動(dòng)放平,返回到初始挖掘狀態(tài)。添加的運(yùn)動(dòng)方程為
step(time,0,0,3,2.5)+step(time,3,0,7,0)+step(time,7.1,0,10,-4.5)+step(time,12,0,15,2);
c.進(jìn)行運(yùn)行時(shí)間為15s,步長(zhǎng)為0.01s的仿真分析,在第4階段運(yùn)行后動(dòng)臂、搖臂、鏟斗都回到初始位置,其狀態(tài)如圖6所示。
2.2 仿真分析
(1)平移性
裝載機(jī)在運(yùn)輸位置時(shí),鏟斗底板與水平面間的夾角為鏟斗的后傾角,一般推薦值為40~46°。為保證平移性,動(dòng)臂在舉升過(guò)程中,連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)能使鏟斗在收斗位置保持平移,使后傾角的變化量不大于15°。
從表1可以看出,在動(dòng)臂舉升過(guò)程中后傾角在47~63°間變化,因此基本滿足平移性的要求。
(2)最大卸載高度
最大卸載高度是指動(dòng)臂在最大舉升高度、鏟斗成45°卸載角時(shí),其斗尖離地面的高度。
從圖7可以看出,最大卸載高度為1335m,基本達(dá)到設(shè)計(jì)需要。
(3)傳動(dòng)性
連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性即保證各個(gè)工況不出現(xiàn)構(gòu)件相互干涉,各機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角不得小于°。
從圖8可以看出機(jī)構(gòu)間沒(méi)有相互干涉的地方。由以上測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出,工作裝置的性能基本達(dá)到要求,仿真結(jié)果比較符合實(shí)際。
3 結(jié)語(yǔ)
本文利用ADAMS軟件,建立了裝載機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)模型,并且進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真。仿真效果良好,得到了所需要的結(jié)果,為裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù),是虛擬樣機(jī)技術(shù)的一個(gè)良好應(yīng)用實(shí)例,有很強(qiáng)的實(shí)用性,對(duì)于設(shè)計(jì)工作有一定的指導(dǎo)意義。
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