裝載機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 來源:仿真在線

裝載機是一種用途十分廣泛的工程機械,它主要用于對散狀物料進行鏟裝、運輸、卸載及平整作業(yè)。若換裝相應(yīng)的工作裝置,還可以進行推土、起重、裝卸木料及鋼管等作業(yè)。工作裝置是裝載機的重要組成部分,裝載機的鏟裝、翻斗、提升、卸料都是通過工作裝置的動作來實現(xiàn)的,裝載機的工作裝置是由鏟斗、動臂和用來轉(zhuǎn)動鏟斗、升降動臂的轉(zhuǎn)斗油缸和動臂油缸、連桿機構(gòu)組成。

1 裝載機工作裝置的建模

裝載機工作裝置建模在proe中實現(xiàn),利用proe零件實體,裝配成裝載機運動部件,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、運動副和載荷;然后將整個模型傳送給ADAMS,在ADAMS中完成其他仿真參數(shù)的設(shè)定,產(chǎn)生裝載機工作裝置的模型(見圖1),并進行運動/動力學(xué)仿真。

裝載機工作裝置的建模與仿真分析+項目圖片圖片1

2 仿真分析

2.1 仿真過程的控制

反轉(zhuǎn)六連桿裝載機工作裝置的典型工作過程可以分為以下4個階段:(1)收斗過程;(2)舉升過程;(3)卸料過程;(4)放平過程。可以用ADAMS中的STEP函數(shù)來實現(xiàn)裝載機工作裝置動力學(xué)仿真過程的控制。對應(yīng)于工作過程的4個階段,仿真過程的控制也分4個階段進行。在仿真過程的每個階段,模型的動作由加在構(gòu)件上的傳感器(Sensor)來限制,以保證動作準(zhǔn)確到位。這4個階段的動作控制要通過STEP函數(shù)來實現(xiàn),下面針對工作裝置的每一個動作階段具體說明仿真過程。

(1)轉(zhuǎn)斗缸伸長,動臂缸閉鎖,鏟斗收斗,實現(xiàn)物料的鏟裝

    a.為轉(zhuǎn)斗缸添加運動,實現(xiàn)轉(zhuǎn)斗缸伸長,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命令顯示運動副修改對話框;

c.點選Impose Motion(s)...按鈕,顯示添加運動對話框;

d.選擇運動類型為disp(time)=;

e.可以在文本框中輸入所要添加的運動方程,也可以點選右邊的按鈕進入運動方程編輯對話框,在此使用運動方程編輯對話框,輸入STEP函數(shù)如圖2所示,完成運動添加;

f.為動臂缸添加運動,實現(xiàn)在轉(zhuǎn)斗缸動作時,動臂缸自鎖。其操作步驟同上,定義的運動方程為step(time,0,0,3,0);

g.進行3s,步長為0.01s的動態(tài)仿真分析,此階段運行后的模型如圖3所示。

裝載機工作裝置的建模與仿真分析+項目圖片圖片2

(2)轉(zhuǎn)斗缸閉鎖,動臂缸伸長,動臂上舉,實現(xiàn)物料的舉升

a.為動臂缸添加運動,實現(xiàn)動臂的舉升。操作步驟同上,定義的運動方程為step(time,0,0,3,0)+step(time,3.1,0,7,4.29);

b.為轉(zhuǎn)斗缸添加運動,實現(xiàn)在動臂舉升時,轉(zhuǎn)斗缸自鎖。添加的運動方程為step(time,0,0,3,2.5)+step(time,3,0,7,0);

c.進行運行時間為7s,步長為0.01s的仿真分析,在第2階段運行后動臂、搖臂、鏟斗所處的位置如圖4所示。

裝載機工作裝置的建模與仿真分析+項目圖片圖片3

(3)轉(zhuǎn)斗缸收縮,動臂缸閉鎖,鏟斗翻轉(zhuǎn),實現(xiàn)物料的卸載

a.為轉(zhuǎn)斗缸添加運動,使轉(zhuǎn)斗缸伸長,實現(xiàn)在轉(zhuǎn)斗的翻轉(zhuǎn)。添加的運動方程為step(time,0,0,3,2.5)+step(time,3,0,7,0)+step(time,7.1,0,10,-4.5);

b.為動臂缸添加運動,使轉(zhuǎn)斗翻斗時動臂缸自鎖,動臂在舉升的位置保持不變。定義的運動方程為step(time,0,0,3,0)+step(time,3.1,0,7,4.29)+step(time,7.1,0,10,0);

c.進行運行時間為10s,步長為0.01s的運動學(xué)仿真分析,在第3階段運行后動臂、搖臂、鏟斗所處的位置如圖5所示。

裝載機工作裝置的建模與仿真分析+項目圖片圖片4

(4)轉(zhuǎn)斗缸收縮,動臂缸收縮,動臂下降,鏟斗自動放平,自動進入下一次鏟掘狀態(tài)

a.為動臂缸添加運動,動臂缸收縮,動臂下降,返回到初始狀態(tài)。添加的運動方程為

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)斗缸添加運動,動臂在下降過程中,轉(zhuǎn)斗缸也收縮,鏟斗自動放平,返回到初始挖掘狀態(tài)。添加的運動方程為

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.進行運行時間為15s,步長為0.01s的仿真分析,在第4階段運行后動臂、搖臂、鏟斗都回到初始位置,其狀態(tài)如圖6所示。

裝載機工作裝置的建模與仿真分析+項目圖片圖片5

2.2 仿真分析

(1)平移性

裝載機在運輸位置時,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,動臂在舉升過程中,連桿機構(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°。

裝載機工作裝置的建模與仿真分析+項目圖片圖片6

從表1可以看出,在動臂舉升過程中后傾角在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臂在最大舉升高度、鏟斗成45°卸載角時,其斗尖離地面的高度。

從圖7可以看出,最大卸載高度為1335m,基本達到設(shè)計需要。

裝載機工作裝置的建模與仿真分析+項目圖片圖片7

(3)傳動性

連桿機構(gòu)的傳動性即保證各個工況不出現(xiàn)構(gòu)件相互干涉,各機構(gòu)的傳動角不得小于°。

從圖8可以看出機構(gòu)間沒有相互干涉的地方。由以上測量數(shù)據(jù)可以看出,工作裝置的性能基本達到要求,仿真結(jié)果比較符合實際。

裝載機工作裝置的建模與仿真分析+項目圖片圖片8

3 結(jié)語

本文利用ADAMS軟件,建立了裝載機工作裝置虛擬樣機模型,并且進行了動力學(xué)仿真。仿真效果良好,得到了所需要的結(jié)果,為裝載機工作裝置的設(shè)計提供了參考依據(jù),是虛擬樣機技術(shù)的一個良好應(yīng)用實例,有很強的實用性,對于設(shè)計工作有一定的指導(dǎo)意義。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才