基于adams的礦用全液壓裝載機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真分析

基于adams的礦用全液壓裝載機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真分析

1構(gòu)件組成裝載工作裝置包括框架、欄桿、移動(dòng)臂、傾斜手臂、框架、框架的滑動(dòng)框架、旋轉(zhuǎn)斗的活塞桿、旋轉(zhuǎn)豆的油藏、，楊升活塞桿、楊升油藏、。在建立實(shí)體模型時(shí),本文以西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院自行研制的ZLY06礦用防爆裝載機(jī)為例,應(yīng)用功能強(qiáng)大的集CAD/CAM/CAE為一體的三維造型軟件Pro/E創(chuàng)建樣機(jī)的實(shí)體模型,如圖1所示,具體建模過(guò)程這里不再做詳細(xì)敘述。2在英雄環(huán)境中構(gòu)建覆蓋層模型(1)模型導(dǎo)入adams盡管ADMAS軟件自帶了三維幾何建模的工具,但其功能較弱,對(duì)于復(fù)雜的三維模型需要花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)完成建模工作,而且不能保證尺寸和裝配精度,因此本文將PRO/E中建立好的裝載機(jī)樣機(jī)幾何模型保存為“*x_t”格式后導(dǎo)入ADAMS中,導(dǎo)入之前應(yīng)對(duì)PRO/E模型的單位進(jìn)行修改,保持與ADAMS單位的一致。在ADAMS/view環(huán)境下對(duì)樣機(jī)幾何模型添加約束、對(duì)材料進(jìn)行定義、施加載荷以及驅(qū)動(dòng)。本文研究的重點(diǎn)是裝載機(jī)前車架部分,因此在ADAMS環(huán)境下對(duì)整機(jī)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理。在裝載機(jī)前車架工作裝置中定義了11個(gè)剛體,包括:1個(gè)轉(zhuǎn)斗液壓缸筒、1個(gè)轉(zhuǎn)斗液壓缸活塞、2個(gè)動(dòng)臂舉升缸缸筒、2個(gè)動(dòng)臂舉升缸活塞、鏟斗、車架、動(dòng)臂、搖臂、連桿,根據(jù)部件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,去除動(dòng)臂液壓缸筒與動(dòng)臂的虛約束,共定義了2個(gè)移動(dòng)副、9個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副以及機(jī)架與地面間的固定副。(2)基于adams的液壓缸驅(qū)動(dòng)設(shè)置裝載機(jī)是通過(guò)油缸活塞的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作,故在液壓缸與活塞桿間的移動(dòng)副上添加驅(qū)動(dòng)會(huì)使活塞桿和缸筒在特定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng),采用ADAMS系統(tǒng)提供的階躍函數(shù)step來(lái)完成液壓缸的驅(qū)動(dòng)設(shè)定,驅(qū)動(dòng)函數(shù)的時(shí)間是根據(jù)實(shí)際工況以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得(裝載機(jī)一個(gè)工作循環(huán)一般不超過(guò)20s),液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)位移是根據(jù)其實(shí)際運(yùn)動(dòng)工況而定。定義轉(zhuǎn)斗液壓缸的驅(qū)動(dòng)函數(shù)motion_1為:定義動(dòng)臂舉升缸的驅(qū)動(dòng)函數(shù)motion_2為:液壓缸驅(qū)動(dòng)函數(shù)圖像如圖2所示。(3)物料重力式的結(jié)果裝載機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所包含的阻力主要包括插入堆料時(shí)所克服的阻力Fin,鏟取物料提升物料時(shí)所克服的切削阻力Fsh,物料與鏟斗間的摩擦阻力以及物料的重力Fg,這些力構(gòu)成了裝載機(jī)作業(yè)過(guò)程中的外部載荷。(1)物料重力Fg是由該裝載機(jī)的裝斗容量確定的,該裝載機(jī)的裝斗容量為0.3m3,一般煤的密度為1.3×103kg/m3,由此得到物料重力式中mr——裝載機(jī)鏟斗額定載重量。物料重力垂直作用于鏟斗底部幾何中心處,當(dāng)裝載機(jī)插入工況結(jié)束開(kāi)始轉(zhuǎn)斗即在2~4s物料重力Fg逐漸增大,在收斗動(dòng)作完成之后達(dá)到最大值,在舉升過(guò)程中保持不變,在卸料過(guò)程中逐漸變?yōu)?,在ADAMS中用step函數(shù)描述為:(2)插入堆料阻力式中K1——被鏟物料的塊度及物料的松散程度系數(shù);K2——物料種類的影響系數(shù);Bk——鏟斗寬度;K3——散裝堆料高度影響系數(shù);該裝載機(jī)主要用于礦山,所以K1、K2、Lc、Bk、K3、K4依次取0.75,1.2,70,113,1.15,1.1。鏟斗插入過(guò)程中所受到的插入阻力是隨著鏟斗的運(yùn)動(dòng)逐漸增大的,即在0~2s所受阻力由0逐漸增大到10420.09N,作用于鏟斗切削刃的中間處,在ADAMS中用step函數(shù)表示為:(3)剪切阻力式中Kτ——鏟斗開(kāi)始提升時(shí)物料的切削阻力,作用于鏟斗切削刃的中間處,Kτ=35kPa。在ADAMS中用step函數(shù)表示為:插入阻力、剪切阻力以及重力的函數(shù)圖像如圖3所示。3模型的添加在ADAMS環(huán)境下,設(shè)置如下仿真條件:仿真時(shí)間為14s;使用ADAMS中自帶的路面模型2d_flatRDF以及UAT輪胎模型,分別用式(4)添加插入阻力,式(5)添加剪切阻力,式(3)添加重力,式(2)添加動(dòng)臂舉升缸驅(qū)動(dòng),式(1)添加轉(zhuǎn)斗缸驅(qū)動(dòng)。本文主要對(duì)礦用全液壓裝載機(jī)在對(duì)稱工況下所受到的力進(jìn)行分析,對(duì)稱工況下,用作用于切削刃中部的集中力代替,取裝載機(jī)關(guān)鍵點(diǎn)為研究對(duì)象,分別取鏟斗與舉臂的鉸點(diǎn)JOINT_1,舉升缸與舉臂的鉸點(diǎn)JOIN_10,轉(zhuǎn)斗缸與搖臂的鉸點(diǎn)JOIN_6,仿真結(jié)果如圖4所示。4擴(kuò)大挖掘深度,保證拉拔受力通過(guò)對(duì)裝載機(jī)進(jìn)行動(dòng)臂關(guān)鍵點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)分析,得出以下結(jié)論:(1)使用ADAMS軟件建立了輪式裝載機(jī)的三維模型,通過(guò)可視化對(duì)裝載機(jī)滿載的一個(gè)工作循環(huán)進(jìn)行了仿真,實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的干涉檢驗(yàn),結(jié)果表明該樣機(jī)無(wú)運(yùn)動(dòng)干涉;(2)JOINT_1、JOIN_6與JOIN_10所受力的變化趨勢(shì)大致相同,隨著裝載機(jī)動(dòng)作的進(jìn)行,鏟斗的挖掘深度逐漸延伸,此時(shí)主要為地面與土壤對(duì)鏟斗的插入阻力,當(dāng)處于2.5s左右的時(shí)候鏟斗的插入動(dòng)作完成,因此插入阻力逐漸下降;鏟斗翻轉(zhuǎn)動(dòng)作完成后作用力迅速下降,隨著鏟斗的翻轉(zhuǎn)在4s左右處達(dá)到最大值,這與裝載機(jī)在真實(shí)工況下相符。動(dòng)臂舉升過(guò)程中所受到的力平穩(wěn);但在鏟斗翻轉(zhuǎn)卸載時(shí),作用力上升,卸載過(guò)程持續(xù)6s,由于鏟斗中物料突然卸載導(dǎo)致鏟斗對(duì)大臂出現(xiàn)了剛性碰撞,使得作用力此時(shí)出現(xiàn)了突變。各鉸點(diǎn)受力