【正文】 ........................... 29 展望 .......................................................... 29 參考文獻(xiàn) ........................................................ 31 致謝 ............................................................. 32 第一章 引言 1 第一章 引言 課題的背景和意義 裝載機(jī)在現(xiàn)代化機(jī)械行業(yè)中起著非常重要的作用 ， 在各個(gè)領(lǐng)域中都都得到了廣泛的應(yīng)用，如礦山工程、水利工程、交通運(yùn)輸?shù)取? SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 畢業(yè)論文 基于 ADAMS 的裝載機(jī)工作裝置仿真分析 學(xué) 院： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 20 年 月 中文摘要 I 中文 摘要 裝載機(jī)作為一種礦山機(jī)械，有著廣泛的應(yīng)用，由于其工作的特 殊性，對(duì)其工作裝置也有著較高的要求。裝載機(jī)的廣泛應(yīng)用，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，但隨著產(chǎn)品市場的激烈競爭，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期就顯得尤為重要。 虛擬樣機(jī)的應(yīng)用主要步驟都可以通過計(jì)算機(jī)來進(jìn)行，整個(gè)計(jì)算過程十分規(guī)范和簡單，可以省去大量的人工計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，非常 省時(shí)省力。但最近幾年 ，我國裝載機(jī)行業(yè)正 逐漸重視技術(shù)的應(yīng)用和使技術(shù)朝著獨(dú)有性方向發(fā)展。本課題利用 Pro/e 軟件進(jìn)行三維模型的建模，以 ADAMS 軟件 為平臺(tái)，對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行仿真分析，對(duì)裝載機(jī)工作裝置的收斗、舉升、卸載和放平等工作過程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬，并進(jìn)行分析。 (6)運(yùn)用后處理模塊進(jìn)行分析處理。 ，卸載高度大于 2900mm等。 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)取物料后，顫抖通過轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗翻轉(zhuǎn)； （ 3） 舉升工況 此工況轉(zhuǎn)斗油缸不活動(dòng)，動(dòng)臂油缸向外移動(dòng)，使鏟斗緩緩上升至所需高度； （ 4） 運(yùn)輸工況 鏟斗舉升到所需高度后，驅(qū)動(dòng)機(jī)器運(yùn)動(dòng)到卸載地點(diǎn)； （ 5） 卸載工況 在卸載地點(diǎn)，調(diào)整轉(zhuǎn)斗油缸，使鏟斗翻轉(zhuǎn)，使貨物卸下； （ 6） 放平工況 卸載后，裝載機(jī)工作裝置需放平到裝載點(diǎn)，通過調(diào)整動(dòng)臂油缸實(shí)現(xiàn)。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。 （ 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。時(shí)，從地面到切削刃最低點(diǎn)之間的垂直距離，單位為“ mm”。 ZL50 裝載機(jī)工作裝置的靜力學(xué)分析 裝載機(jī)在工作過程中，其工作環(huán)境一般較為惡劣， 受力也比較復(fù)雜。 (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。本文在分析 時(shí)，采用一次鏟掘法考慮 ,并選用對(duì)稱載荷。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 工作裝置建模過程流程圖 在 三維 建模過程中，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。打開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。 表 41 實(shí)體的布爾運(yùn)算 圖標(biāo) 圖標(biāo) 功能 說明 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。通過這些運(yùn)動(dòng)副，可以將兩個(gè)構(gòu)件連接起來。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。 對(duì)于 ZL50 輪式裝載機(jī)來說，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。 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。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。符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 ，這保證了鏟斗的斗尖能更好的鏟入料堆 。此時(shí)轉(zhuǎn)斗缸閉鎖，動(dòng)臂缸收縮，使裝載機(jī)工作裝置進(jìn)入放平工況，在 t=27 秒時(shí)，達(dá)到初始工作位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。工作裝置以對(duì)其工作性能以及經(jīng)濟(jì)性等方面都有著重要的意義?？偨Y(jié)論文的研究工作，基本上完成了裝載機(jī)工作裝置的仿真分析。可以在工作裝置加上輪胎等模型，更加符合實(shí)際運(yùn)動(dòng)工況。因此，可以再將模型，導(dǎo)入 ANSYS 進(jìn)行受力分析，得出各個(gè)鉸接點(diǎn)及零件的受力、應(yīng)力分布圖，這樣會(huì)更加方便地了解到最大應(yīng)力點(diǎn) ，可以幫助設(shè)計(jì)人員更加方便地設(shè)計(jì)工作裝置，使其延 長使用壽命。 (5) 在 ADAMS 中仿真的運(yùn)動(dòng)關(guān)系曲線與實(shí)際相符，說明了建模的正確性。本論文以斗尖處為例加以說明 ,斗尖軌跡如下圖所示： 圖 58 斗尖的運(yùn)動(dòng)軌仿真圖 第六 章 總結(jié)與展望 29 第六章 總結(jié)與展望 課題總結(jié) 本課題主要根據(jù)虛擬樣機(jī)技術(shù) ，對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行建模，并利用ADAMS 軟件進(jìn)行仿真分析，并得出仿真結(jié)果。插入阻力的控制函數(shù)第五 章 裝載機(jī)工作裝 置仿真結(jié)果及分析 26 為： STEP( time , ,0,140000 )+STEP( time , ,0 , ,140000 )；崛起阻力的控制函數(shù)為： STEP( time , ,0 ,73300 )+STEP( time , , 0,73300)；載荷的控制函數(shù)為： STEP(time,0, ,50000)+STEP(time, ,0,17,50000)。 （ 5）自動(dòng)放性平分析。按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)鏟斗處于最大提升位置時(shí)，鏟斗地面與水平面之間的夾角為裝載機(jī)的卸載角。施加力完成后，通過編輯 step 函數(shù)控制力的大小和作用時(shí)間。施加 載荷是要明確力作用的零件和作用點(diǎn)的位置、大小和方向。定義點(diǎn)規(guī)律時(shí)，還需指明運(yùn)動(dòng)的方向。對(duì)鉸接副、棱柱副、圓柱副、萬向副和球形副，可以施加動(dòng)態(tài)和靜態(tài)摩擦力，以及預(yù)緊力。常用約束工具 接觸約束工具 運(yùn)動(dòng)約束工具 凸輪約束工具 狀態(tài)參數(shù)設(shè)置 第四 章 裝載機(jī)工作裝置的建模 18 產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)副時(shí)， ADAMS/View 自動(dòng)為運(yùn)動(dòng)副設(shè)置一個(gè)名稱，運(yùn)動(dòng)副取名為“JOINT_”+“序號(hào) ”，例如： JOINT_1。 約束工具的啟動(dòng)方式有兩種：一種是在主工具箱中，選擇連接工具集圖標(biāo)或運(yùn)動(dòng)工具集圖標(biāo)， 然后選擇約束工具；另一種方法是在 Build 菜單中選擇 Joints項(xiàng)，可顯示連接對(duì)話框。 導(dǎo)入的模