搜索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。若換裝相應的工作裝置,還可以進行推土、起重、裝卸木料及鋼管等作業。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的,裝載機的工作裝置是由鏟斗、動臂和用來轉動鏟斗、升降動臂的轉斗油缸和動臂油缸、連桿機構組成。
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,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的設定,產生裝載機工作裝置的模型(見圖1),并進行運動/動力學仿真。
2 仿真分析
2.1 仿真過程的控制
反轉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函數來實現裝載機工作裝置動力學仿真過程的控制。對應于工作過程的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件上的傳感器(Sensor)來限制,以保證動作準確到位。這4個階段的動作控制要通過STEP函數來實現,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)轉斗缸伸長,動臂缸閉鎖,鏟斗收斗,實現物料的鏟裝
a.為轉斗缸添加運動,實現轉斗缸伸長,鏟斗收斗;
b.在轉斗油缸上選擇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函數如圖2所示,完成運動添加;
f.為動臂缸添加運動,實現在轉斗缸動作時,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的動態仿真分析,此階段運行后的模型如圖3所示。
(2)轉斗缸閉鎖,動臂缸伸長,動臂上舉,實現物料的舉升
a.為動臂缸添加運動,實現動臂的舉升。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.為轉斗缸添加運動,實現在動臂舉升時,轉斗缸自鎖。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。
(3)轉斗缸收縮,動臂缸閉鎖,鏟斗翻轉,實現物料的卸載
a.為轉斗缸添加運動,使轉斗缸伸長,實現在轉斗的翻轉。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。
(4)轉斗缸收縮,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
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。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.為轉斗缸添加運動,動臂在下降過程中,轉斗缸也收縮,鏟斗自動放平,返回到初始挖掘狀態。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,其狀態如圖6所示。
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,連桿機構應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,基本達到設計需要。
(3)傳動性
連桿機構的傳動性即保證各個工況不出現構件相互干涉,各機構的傳動角不得小于°。
從圖8可以看出機構間沒有相互干涉的地方。由以上測量數據可以看出,工作裝置的性能基本達到要求,仿真結果比較符合實際。
3 結語
本文利用ADAMS軟件,建立了裝載機工作裝置虛擬樣機模型,并且進行了動力學仿真。仿真效果良好,得到了所需要的結果,為裝載機工作裝置的設計提供了參考依據,是虛擬樣機技術的一個良好應用實例,有很強的實用性,對于設計工作有一定的指導意義。
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