基于caia的裝載機(jī)工作裝置參數(shù)化特征實(shí)體建模

基于caia的裝載機(jī)工作裝置參數(shù)化特征實(shí)體建模

液壓缸的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)加載是一種重要的安裝機(jī)械。由于其速度快、效率高、流動(dòng)性好、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為施工中的主要施工手段之一。工作裝置是裝載機(jī)的重要組成部分，它是靠液壓缸驅(qū)動(dòng)來完成鏟掘、裝卸物料的空間多桿機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)水平的高低直接影響整機(jī)的工作性能。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有類比法和作圖試湊法，手工繪圖的工作量很大并且具有一定的盲目性；如今，借助通用建模分析軟件建立模型并進(jìn)行仿真分析，可真實(shí)反映工作裝置的尺寸外形和工作過程、檢查干涉等設(shè)計(jì)缺陷、進(jìn)行各種類型的力學(xué)分析，能有效地縮短研發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本，并且使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能更加合理。1d、3d參數(shù)化建模及數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)CATIA是一種通用的CAD/CAE/CAM軟件，從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)到最終產(chǎn)品的形成，以其精確可靠的解決方案為用戶提供了完整的2D、3D參數(shù)化建模功能及數(shù)據(jù)管理手段。下面將介紹基于CATIA軟件的裝載機(jī)工作裝置的參數(shù)化特征實(shí)體建模過程。1.1基于catia的小零件建模零件的建模主要應(yīng)用CATIA中的MechanicaDesign→PartDesign模塊來完成。建模的一般過程如圖1所示。工作裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其鏟斗、動(dòng)臂、搖臂都是由一系列小零件通過焊接或螺栓連接而成，在建模前可根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化，如：假設(shè)焊縫、螺栓連接與母材金屬等強(qiáng)，將焊接件和螺栓連接視為一個(gè)零件。特征建模的草圖可以直接創(chuàng)建，也可以通過AUTOCAD生成的DWG文件轉(zhuǎn)換。對(duì)于結(jié)構(gòu)相同而尺寸不同的零件如液壓缸、銷軸等，可使用CATIA提供的零件庫功能，不但可以節(jié)省建模時(shí)間，而且便于管理和結(jié)構(gòu)更新。建立的鏟斗、動(dòng)臂、搖臂、轉(zhuǎn)桿模型如圖2所示。1.2le模塊設(shè)計(jì)應(yīng)用MechanicalDesign→Assemble模塊將建立好的零件利用同軸、點(diǎn)與面、線與面、面與面等關(guān)系裝配在一起，并驗(yàn)證該裝配模型在挖掘、裝載及卸載等工況下零件之間無干涉。建立的裝配體模型如圖3所示。2運(yùn)動(dòng)分析2.1模型的導(dǎo)入adams將裝配體模型另存為Parasolid格式文件（*．x＿t），并通過ADAMS的File→Import命令將模型導(dǎo)入ADAMS。在ADAMS中，將車架與地（Ground）固連；在車架與動(dòng)臂、車架與動(dòng)臂油缸、車架與轉(zhuǎn)斗油缸、轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂、搖臂與連桿、連桿與鏟斗、動(dòng)臂與鏟斗等連接部位的鉸接點(diǎn)處添加轉(zhuǎn)動(dòng)副；在轉(zhuǎn)斗油缸、動(dòng)臂油缸上添加移動(dòng)副。建立的虛擬樣機(jī)模型如圖4所示。2.2仿真過程及模型動(dòng)作裝載機(jī)工作裝置的典型工作過程分為4個(gè)階段：(1)轉(zhuǎn)斗缸伸長，動(dòng)臂缸閉鎖，鏟斗收斗，實(shí)現(xiàn)物料的鏟裝；(2)轉(zhuǎn)斗缸閉鎖，動(dòng)臂缸伸長，動(dòng)臂上舉，實(shí)現(xiàn)物料舉升；(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；(4)轉(zhuǎn)斗缸閉鎖，動(dòng)臂缸收縮，動(dòng)臂下降，鏟斗自動(dòng)放平，進(jìn)入下一次鏟掘狀態(tài)。工作過程中，應(yīng)滿足平移性、傳動(dòng)性和自動(dòng)放平等要求。本文采用的仿真過程也分為四個(gè)過程：0～10s為收斗過程，10～30s為舉升過程，30～40s為卸料過程，40～60s為動(dòng)臂下降過程。模型動(dòng)作由加在兩油缸移動(dòng)副上的線性驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。仿真過程結(jié)束后，通過后處理模塊檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的平移性、傳動(dòng)性和自動(dòng)放平要求。(1）防止撒落料撒落平移性要求鏟斗在舉升過程中的波動(dòng)角不大于15°，且由下限位置到上限位置的舉升過程中，波動(dòng)角向收斗方向增大為好，以防止物料撒落。圖5為斗底與水平面間夾角變化過程圖，由該圖可以看出，舉升過程中（10～30s），鏟斗波動(dòng)角為12.3°且前半階段向收斗方向增大，后半階段向收斗方向減小，基本滿足平移性要求。(2）油缸與搖臂之間的角度測(cè)量傳動(dòng)性要求轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂的夾角、搖臂與連桿的夾角要保持在10°至170°之間。經(jīng)測(cè)量?jī)蓨A角變化過程如圖6所示，由圖可知，油缸與搖臂的夾角在51°至122°之間變化；搖臂與連桿的夾角在49°至166°之間變化。因此，該機(jī)構(gòu)亦滿足傳動(dòng)性要求。(3）桿機(jī)構(gòu)充放平自動(dòng)放平是指鏟斗在上限位置卸料后，轉(zhuǎn)斗缸閉鎖，借助連桿機(jī)構(gòu)的自身運(yùn)動(dòng)，使鏟斗下放至地面位置時(shí)能自動(dòng)放平進(jìn)入下次插入狀態(tài)。由圖6可看出，鏟斗下放到地面位置時(shí)（60s處），鏟斗與水平面夾角為-3°，滿足自動(dòng)放平的要求。3運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析本文應(yīng)用CATIA軟件建立了工作裝置