【正文】 隨時(shí)間的函數(shù)如下圖所示： 第五 章 裝載機(jī)工作裝 置仿真結(jié)果及分析 24 圖 52 斗尖離地面垂直距離隨時(shí)間變化曲線 由轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂油缸的控制函數(shù)： 轉(zhuǎn)斗油缸控制函數(shù)： 初始位置： Step(time, 0,0,25)+Step(time, 1,0,25) 収斗工況： +Step(time,0,7,310)+Step(time,0,8,310) 卸載工況： +Step(time,0,245)+Step(time,0,17,245) 動(dòng)臂控制函數(shù)： 初始位置： Step(time,0,0,220)+Step(time,1,0,220) 舉升工況： +Step(time,9,0,151)+Step(time,0,14,151) 放平工況： +Step(time,22,0,144)+Step(time,0,27,144) 可知：當(dāng)仿真時(shí)間為 17 秒時(shí)，鏟斗處于舉升位置的極限位置，此時(shí)斗尖離地面的垂直距離即為裝載機(jī)的最大卸載高度，由圖得：卸載高度為 3m≥,符合標(biāo)準(zhǔn)，仿真結(jié)果正確。第五 章 裝載機(jī)工作裝 置仿真結(jié)果及分析 23 第五章 裝載機(jī)工作裝置仿真結(jié)果及分析 裝載機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)仿真 裝載機(jī)工作裝置在所有的約束及動(dòng)力添加好之后，就可以仿真裝載機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)，在實(shí)際生產(chǎn)中具有重要的意義。線框模 型與線框模型之間，實(shí)體模型與實(shí)體模型 之間都可以添加接觸力，但是除球體與平面的接觸（ sphereto plane contact）外 ，線框模型與實(shí)體模型之間不能添加接觸力。 作用力分單作用力和多作用力，可以是純粹的力 或力矩，也可以是力和力矩的組合，分類如下表所示： 表 43 作用力的 類型 名稱 圖標(biāo) 說(shuō)明 Force（ Single Component） 單作用力，在作用點(diǎn)上施加單向作用力 Toque（ Single Component） 單作用力矩，在作用點(diǎn)上施加單向力矩 Force Vector（ 3Component Force） 力矢量，由三個(gè)沿地面坐標(biāo)方向的分力構(gòu)成 Torque Vector（ 3 Component Torque） 力矩矢量，由三個(gè)沿地面坐標(biāo)方向的分力矩構(gòu)成 General Force (6Component Force/Torque) 組合力，由六個(gè)沿地面坐標(biāo)方向的力和力矩構(gòu)成 對(duì)于單作用力和力矩，其運(yùn)行方向 有 3 種表示方式： 1） Space Fixed/ Fixed 力的方向全局坐標(biāo) 系中固定，不隨零件運(yùn)動(dòng)而變化。 圖 44 函數(shù)編輯窗口 第四 章 裝載機(jī)工作裝置的建模 21 模型載荷的確定 ADAMS 提供了四種載荷：作用力、柔性力特殊力和解觸力。 對(duì)于 ZL50 輪式裝載機(jī)來(lái)說(shuō)，其動(dòng)力源為轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂油缸，所以可在 移動(dòng)副上面施加移動(dòng)（ motion），類型為速度（ velocity） ，運(yùn)動(dòng)可以是與時(shí)間有關(guān)的位移、速度和加速度。具體約束類型見(jiàn)下表： 表 42 裝載機(jī)工作裝置約束類型 約束對(duì)象 圖標(biāo) 約束類型 車(chē)軸與車(chē)架 固定副 鏟斗與連桿 球面副 鏟斗與動(dòng)臂 球面副 連桿與搖臂 鉸接副 搖臂與動(dòng)臂 圓柱副 動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂 球面副 轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂 球面副 轉(zhuǎn)斗油缸與前車(chē)架 圓柱副 動(dòng)臂油缸與前車(chē)架 圓柱副 轉(zhuǎn)斗油缸活塞桿與套筒 移動(dòng)副 動(dòng)臂油缸與套筒 移動(dòng)副 動(dòng) 臂與前車(chē)架 球面副 定義機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng) 通過(guò)定義機(jī)構(gòu)遵循一定的規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，可以約束機(jī)構(gòu)的某些自由度，另第四 章 裝載機(jī)工作裝置的建模 20 一方面也決定了是否需要施加力來(lái)維持所定義的運(yùn)動(dòng)。在設(shè)置運(yùn)動(dòng)約束時(shí)．要注意選擇對(duì)象的順序，正確的選擇對(duì)象。指定連接的運(yùn)動(dòng)時(shí)用戶可以強(qiáng)行指定運(yùn)動(dòng)副中可以 活動(dòng)的軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在兩個(gè)齒輪 (連接件 )的觸點(diǎn)設(shè)置一個(gè)坐標(biāo)系標(biāo)記，稱為速度標(biāo)記，兩個(gè)連接件都以速度標(biāo)記坐標(biāo)系為自己的定位坐標(biāo)系。在施加運(yùn) 動(dòng)副的過(guò)程中，程序要求依次選擇被連接的構(gòu)件 1 和構(gòu)件 2， ADAMS/View 設(shè)定在兩個(gè)被連接的構(gòu)件中，是構(gòu)件 1 被連接到構(gòu)件 2 上面。通過(guò)這些運(yùn)動(dòng)副，可以將兩個(gè)構(gòu)件連接起來(lái)。 ADAMS/View 可以處理以下 4 種類型的約束： （ 1) 常用運(yùn)動(dòng)副約束 （ 2) 指定約束方向，即：限制某個(gè)運(yùn)動(dòng)方向 （ 3) 接觸約束，定義兩構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)中發(fā)生接觸時(shí)，是怎樣相互約束的。 表 41 實(shí)體的布爾運(yùn)算 圖標(biāo) 圖標(biāo) 功能 說(shuō)明 布爾加（ Unite） 合并兩個(gè)相交的實(shí)體 把第二個(gè) ，實(shí)體并入第一個(gè)實(shí)體中，相交部分只計(jì)算一次 第四 章 裝載機(jī)工作裝置的建模 16 布爾和（ Merge） 合并兩個(gè)不相交的實(shí)體 把第一個(gè)實(shí)體并入到第二個(gè)實(shí)體中 布爾交（ Interesect） 取相交形體 保留相交部分的實(shí)體，所形成的實(shí)體特性與第一個(gè)實(shí)體相同 布爾減（ Cut） 實(shí)體切割 用第一個(gè)實(shí)體去切第二個(gè)實(shí)體，刪除第一個(gè)實(shí)體和相交部分的第二個(gè)實(shí)體 布爾分 （ Split） 實(shí)體還原 將經(jīng)過(guò)以上布爾操 作的實(shí)體還原 模型的約束的確定 約束的概述和分類 在一個(gè)系統(tǒng)中，通常是由多個(gè)約束組成的，組成系統(tǒng) 的各個(gè)構(gòu)件之間通常存在某些約束關(guān)系，定義兩個(gè)構(gòu)件之間的約束關(guān)系為運(yùn)動(dòng)副或者鉸鏈。 模型導(dǎo)入 ADAMS 后，其各部件的物 理特征丟失，只保留了幾何特性，所以，為了進(jìn)行系統(tǒng)仿真，需要對(duì)每一個(gè)零部件添加材料特性。打開(kāi)ADAMS/View 模塊，選擇 import a file. （ 2） 在 File Type 欄選擇輸入的文件格式類型，后綴為 .x_t 格式。 ADAMS 軟件的優(yōu)點(diǎn)在于它可以在給定的環(huán)境變量中模擬物體的各個(gè)量，比如說(shuō)力的大小、運(yùn)動(dòng)軌跡、鉸接點(diǎn)的受力等等。對(duì)于 裝載機(jī)工作裝置 的建模， 大體 可 按如下流程圖進(jìn)行： 圖 41 工作裝置建模過(guò)程流程圖 在 三維 建模過(guò)程中，將各個(gè)零件分類，有鏟斗、搖臂、動(dòng)臂和連桿，各部件模型圖如下圖所示： （ a）鏟斗 （ b）動(dòng)臂 Pro/e 建模 工作裝置的實(shí)體模型 導(dǎo)入 ADAMS 軟件中進(jìn)行仿真分析 模型簡(jiǎn)化 分析處理得出結(jié)果 后處理 施加約束 第四 章 裝載機(jī)工作裝置的建模 14 （ c）連桿 （ d）搖臂 圖 42 各部件三維模型圖 最后得到的裝配圖如圖 4— 3 所示： 圖 43 裝載機(jī)工作裝置三維圖 ADAMS 模 型的建立 ADAMS 軟件簡(jiǎn)介 ADAMS 是一款表現(xiàn)出色的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真軟件，具有強(qiáng)大的仿真分析功能。 ZL50 裝載機(jī)的轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂油缸通常不一起動(dòng)作，轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂油缸交替受到主動(dòng)作用力和被動(dòng)作用力的作用。本文在分析 時(shí)，采用一次鏟掘法考慮 ,并選用對(duì)稱載荷。 其中 yLxFMainc ??? )31([11 公式（ 34） 式中 ： — — m— m— minaFxyL轉(zhuǎn) 斗 開(kāi) 始 轉(zhuǎn) 斗 時(shí) 所 受 到 的 插 入 阻 力 ；鏟 斗 回 轉(zhuǎn) 中 心 到 鏟 斗 斗 刃 的 水 平 距 離 ， 單 位 為 ；鏟 斗 回 轉(zhuǎn) 中 心 到 地 面 的 垂 直 距 離 ， 單 位 為 ；鏟 斗 插 入 的 深 度 ， 單 位 為 。 (a) 水平對(duì)稱工況 (b) 垂直對(duì)稱工況 (c) 水平垂直對(duì)稱同時(shí) 作用工況 (d)水平偏載 工況 (e)垂直偏載工況 (c) 水平垂直偏載同時(shí)作用工況 圖 32 外載荷作用下工作裝置受力 對(duì)于 ZL50 裝載機(jī)而言，工作過(guò)程中受到工作阻力主要是插入阻力和崛起阻力和轉(zhuǎn)都阻力，不同的鏟掘物料的方法，以上幾種力的組合方式也有所不同，受力狀況要視具體情況而定。本論文所討論的是在對(duì)稱載荷作用下的受力分析 ,裝載機(jī)各部件的受力間隙如圖所示： 圖 31 裝載機(jī)工作裝置各部件受力分析簡(jiǎn)圖 裝載機(jī)在鏟掘的過(guò)程中，我們通常 用以下三種情況進(jìn)行分類： （ 1）裝載機(jī)沿水平方向前進(jìn)，水平插入料堆，這時(shí)可以認(rèn)為只受到插入阻力的作用。 ZL50 裝載機(jī)工作裝置的靜力學(xué)分析 裝載機(jī)在工作過(guò)程中，其工作環(huán)境一般較為惡劣， 受力也比較復(fù)雜。查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在鏟斗舉升工況，為使鏟斗在舉升過(guò)程中不會(huì)由于轉(zhuǎn)動(dòng)而將物料撒落，所以要求鏟斗的轉(zhuǎn)角變化不大于 15176。時(shí)，從地面到切削刃最低點(diǎn)之間的垂直距離，單位為“ mm”。 （ 6）最小轉(zhuǎn)彎半徑 第三 章 裝載機(jī)工作裝置總體參數(shù)的確定及受力分析 7 指自輪胎中心或后輪外側(cè)或鏟斗外側(cè)所構(gòu)成的弧線至回轉(zhuǎn)中心的距離，單位為“ mm”。 （ 4）整機(jī)質(zhì)量（工作質(zhì)量） 指裝載機(jī)裝備應(yīng)有的工作裝置和隨機(jī)工具，加足燃油，潤(rùn)滑系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)亦加足液體，并且?guī)в幸?guī)定形式和尺寸的空載鏟斗和司機(jī)標(biāo)定質(zhì)量（ 75 Kg 3 Kg）時(shí)的主機(jī)質(zhì)量。 （ 3）發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率 發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率 ，即 發(fā)動(dòng)機(jī)總功率， 時(shí)裝載機(jī)性能好壞的重要的影響參數(shù) 。第三 章 裝載機(jī)工作裝置總體參數(shù)的確定及受力分析 6 第三章 裝載機(jī)工作裝置總體參數(shù)的確定及受力分析 裝載機(jī)工作裝置總體參數(shù)內(nèi)容 ZL50 裝載機(jī)總 體參數(shù) 包括：裝載機(jī)額定載重量、最大卸載高度及對(duì)應(yīng)的卸載距離、掘起力、牽引力、鏟斗容量、卸載角、動(dòng)臂提升時(shí)間、總和時(shí)間等。 由于定義的 step 函數(shù)需要初始變量為時(shí)間和速度，首先要確定轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂油缸的極限速度，查閱資料得 ZL50 型號(hào)油缸類型為：動(dòng)臂舉升油缸的型 號(hào) 為 DG—J180—EL ，行程為 654mm，缸徑為 。 2 .2 裝載機(jī)典型工況的實(shí)現(xiàn) ZL50 輪式裝載機(jī)的工作過(guò)程主要有 6 種工況組成： （ 1） 插入 工況 裝載機(jī)處于該工況時(shí)，動(dòng)臂放下，鏟斗斗底平面水平，斗尖稍微觸地，裝載機(jī)以 I檔前進(jìn)，使鏟斗緩緩插入料堆； （ 2） 収斗工況 裝載機(jī)產(chǎn)取物料