【正文】 件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 STEP(time， 13， 0， 16， 0)+STEP(time， 16， 0， 19， 0)+ STEP(time， 19， 0， 22， 1000)+STEP(time， 22， 0， 25， 0) 定義鏟斗油缸上的驅(qū)動方程 STEP 函數(shù)為： STEP(time， 0， 614， 5， 614)+STEP(time， 5， 0， 6， 0)+ STEP(time， 6， 0， 10， 0)+STEP(time， 10， 0， 13， 414)+ STEP(time， 13， 0， 16， 0)+STEP(time， 16， 0， 19， 200)+ STEP(time， 19， 0， 22， 0)+STEP(time， 22， 0， 25， 690) 以上 STEP 函數(shù)表述中，各項定義的依據(jù)是挖掘機各個油缸的理論行程、仿真過程避免發(fā)生構(gòu)件的干涉原則以及獲得最大工作范 圍原則等。 對于順序動作方式，一般用來檢驗挖掘機的挖掘范圍，測定挖掘機的主要作業(yè)尺寸：最大挖掘半徑、最大挖掘深度、最大挖掘高度。 液壓挖掘機反鏟裝置的幾何位置取決于動臂液壓缸的長度、斗桿液壓缸的長度和鏟斗液壓缸的長度。交互式仿真分析是最方便和迅速的樣機仿真分析方法，在進行交互式仿真分析時，只需要輸入仿真類型、仿真分析時間和輸出仿真結(jié)果的頻率這幾個參數(shù)，就可以進行樣機仿真分析，初始的仿真分析往往都采用這種方式。例如檢查建好的挖掘機樣機模型， ADAMS 顯示的檢測結(jié)果如圖 44 所示。 運動副運動和點運動定義的運動可以是恒速運動，也可以通過函數(shù)生成器定義關(guān)于時間的函數(shù)，從而定義復(fù)雜運動。 (3)運動約束 運動約束定義零件運動隨時間變化的函數(shù)。為了更明顯地區(qū) 分不同零件，我們可以修改零件的顏色。 圖 41 PRO/E 傳遞數(shù)據(jù)到 ADAMS (2) Pro/E 與 ADAMS 之間的專用接口 Mechanism/Pro Mechanism/Pro 是連接 Pro/E 與 ADAMS 之間的橋梁，二者采用無縫連接的方式，所以 Pro/E 用戶可以在其熟悉的 CAD 環(huán)境中建立三維機械系統(tǒng)模型，在 Pro/E 環(huán)境下定義剛體和施加約束，并對運動性能進行仿真分析。同時其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平臺。同時由于裝配要引用所有部件，需要占用較大的內(nèi)存空間，因而影響裝配速度。 a） b） 圖 39 然后單擊“ 預(yù)覽” 命令，系統(tǒng)打開“ 預(yù)覽”對話框，顯示該實例的預(yù)覽結(jié)果，如圖 310 所示。 族表（ Family Table）可以復(fù)出許多相似的零件，以編輯表格的方式產(chǎn)生一系列的零件。 正因為工作裝置結(jié)構(gòu)上的相似性，為工作裝置的參數(shù)化設(shè)計提供了可能。而如何縮短更改周期就成了需要研究的問題。 行為建模能力：行為建模技術(shù)是從 PRO/ENGIEER2020i 開始推廣的新技術(shù)。如果將零件加厚，而這個圓柱又不夠長的話，這個通孔就變成盲孔了。同時，它利用一系列定義好的參數(shù)對模型進行順序計算。動臂液壓缸主要用于調(diào)整工作裝置的挖掘位置，一般不單獨直接挖掘土壤；斗桿挖掘可以獲得較大的行程，但挖掘力要小一些。斗桿鉸接于動臂的上端，由斗桿油缸控制斗桿與動臂的相對角度。 6．建立物理樣機 根據(jù)優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果建立物理樣機。如圖 31 所示，各步驟簡述如下： 圖 31 虛擬樣機設(shè)計流程 1．建造模型建模包含三部分工作： (1) 創(chuàng)建零件有兩種途徑：通過 ADAMSⅣ iew 的零件庫來創(chuàng)建各種簡單的運動單元 (零件 )：用 ADAMS／ Exchange 引入復(fù)雜的 CAD 形體 (會影響運行速度 )。 ADAMS／ Flex 支持 ANSYS 和 IDEAS 的中性文件 (Neutral file)格式。 ADAMS／ Animation(高速動畫模塊 )是 ADAMS 的一個集成的可選模塊，該模塊使用戶能借助于增強透視、半透明、彩色編輯及背景透視等方法對已經(jīng)生成的動畫精細(xì)加工，增強動力學(xué)仿真分析結(jié)果。 ADAMS 的核心軟件包 括交互式圖 形環(huán)境 ADAMS/View 和 仿真求解器ADAMS/Solver，二者之間形成了無縫連接。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 虛擬樣機技術(shù)在一些較發(fā)達國家，如美國、德國、日本等已經(jīng)廣泛地應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域從汽 車制造業(yè)、工程機械、航天航空業(yè)、造船業(yè)、機械電子工業(yè)、國防工業(yè)、通用機械到人機工程學(xué)、生物力學(xué)、醫(yī)學(xué)以及工程咨詢等很多方面。為機械系統(tǒng)建模服務(wù)，并用來展示分析結(jié)果。Intra 臨時締結(jié)成的一種虛擬企業(yè)，即目前被世界廣泛接受了的動態(tài)聯(lián)盟 (Virtual Company)的概念。這種基于物理樣機的設(shè)計研發(fā)模式的致命缺點是成本高、周期長，因此它不能適應(yīng)現(xiàn)代化制造業(yè)中的柔性化、快捷化以及 高質(zhì)量的要求。 1．多剛體系統(tǒng)動力學(xué)的研究對象是由任意有限個剛體組成的系統(tǒng)，剛體之間以某種形式的約束連接，這些約束可以是理想完整約束、非完整約束、定常或非定常約束。另一類是系統(tǒng)在運行過程中部件間存在相對運動的機構(gòu)。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 第二章 虛擬樣機技術(shù) 虛擬樣機技術(shù)概述 隨著 21 世紀(jì)世界經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā) 展，全球性的市場競爭日益激烈，產(chǎn)品的消費結(jié)構(gòu)日趨向多元化、個性化方向發(fā)展。將模型導(dǎo)入 ADAMS 中，建立虛擬樣機模型。 我國從 1958 年開始研制液壓挖掘機，逐步開發(fā)了 1— ； 80 年代初從德國 LIEBHERR 公司與 Oamp。隨著液壓挖掘機市場的增大、產(chǎn)量的提高和使用范圍的擴大，世界著名的挖掘機生產(chǎn)商紛紛采用新技術(shù)、新手段來提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的市場競爭力。它己不能適應(yīng)現(xiàn)代挖掘機產(chǎn)品設(shè)計的要求。從品種、規(guī)格 、數(shù)量上滿足不了國內(nèi)市場需要。據(jù)統(tǒng)計，一般工程施工中約有 65%— 70%的土方量、露天礦山中 80%的剝離量和采掘量都是用挖掘機完成的。然后將整個模型導(dǎo)入到多體動力學(xué)仿真分析軟件 ADAMS中，建立虛擬樣機模型，對挖掘機進行順序動作和復(fù)合動作的運動學(xué)與動力學(xué)仿真分析。 本論文對挖掘機工作裝置進行建模、裝配，并對動臂進行參數(shù)化分析。 挖掘機是一種常用的、重要的工程機械 ，在國民經(jīng)濟建設(shè)的許多行業(yè)被廣泛地采用，如工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水利水電工程、農(nóng)田改造、礦山采掘以及現(xiàn)代化軍事工程等行業(yè)的機械化施工中，對減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量，加快建設(shè)速度，按時完成工期，提高勞動生產(chǎn)率都起著非常重要 的作用。國內(nèi)液壓挖掘機開發(fā)存 在著一定的缺陷，國產(chǎn)液壓挖掘機數(shù)量少，而且多為斗容 ，中型設(shè)備較少，大型 設(shè)備在我國尚屬空白。這種方法工作量大，設(shè)計周期長，設(shè)計質(zhì)量低，而且得出的方案也不一定是最優(yōu)方案。 液壓挖掘機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 從 20 世紀(jì) 50 年代生產(chǎn)第一臺全液壓挖掘機至今，挖掘機工作裝置已經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)成熟的階段。在國外 很多科研機構(gòu)和一些大型企業(yè)，都已經(jīng)對挖掘機工 作裝置的設(shè)計進行研究，并開發(fā)了一些專業(yè)軟件，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術(shù)、疲勞強度分析方法等先進技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機的強度研究方面，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增強了競爭力。 2．利用 PRO/ENGINEER 軟件繪制液壓挖掘機三維實體模型，然后對動臂進行參數(shù)化分析。 同時有利于推動和促進 CAD技術(shù)在企業(yè)的深入發(fā)展和應(yīng)用。 虛擬樣機技術(shù)的核心理論 工程中的研究對象大多是由大量零部件構(gòu)成的系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計優(yōu)化與性能分析 的要求可以將其分為兩大類：一類稱為結(jié)構(gòu)，它們的特征是在正常的工況下構(gòu)件間沒有相對運動，研究中只關(guān)心這些結(jié)構(gòu)在受到載荷時的強度、剛度與穩(wěn)定性。多體系統(tǒng)動力學(xué)是由多剛體系統(tǒng)動力學(xué)與多柔體系統(tǒng)動力學(xué)組成的。 虛擬樣機技術(shù)的特點 傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)步驟通常分為：產(chǎn)品設(shè)計、試驗室試制、制造物理樣機和產(chǎn)品生產(chǎn)等四個階段。為了適應(yīng)快速變化的全球市場，克服單個企業(yè)資源的局限性，出現(xiàn)了在一定時間內(nèi)，通過 Interamp。但一種優(yōu)秀的虛擬樣機分析軟件除了進行機械系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)分析，還應(yīng)包含以下技術(shù)： 1． CAD 軟件和技術(shù)。 目前國外虛擬樣機技術(shù)軟件的商品化過程已經(jīng)完成，在這個日益增長的市場上競爭的有二十多家公司，其中比較有影響力的產(chǎn)品包括美國 MSC 公 司的 ADAMS、比利時 LMS 公司的 DADS 以及德國航天局的 SIMPACK。 ADAMS 自動輸出位 移、速度、加速度和作用力，其仿真結(jié)果可顯示為逼真的動畫或 XY 曲線圖形， ADAMS 仿真可用于預(yù)測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷，支持 ADAMS 同大多數(shù) CAD， FEA 及控制設(shè)計軟件包之間的雙向通訊。 ADAMS／ Postprocessor 還可以對仿真分析曲線進行一些數(shù)學(xué)和統(tǒng)計計算；可以輸入試驗數(shù)據(jù)繪制試驗曲線，并同仿真結(jié)果進行比較：對分析結(jié)果曲線圖進行各種編輯。 Flex 是合成柔性體的有效途。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 ADAMS 建模、仿真的步驟 用 ADAMS 進行建模、仿真和分析，一般要遵循以下步驟。 5．優(yōu)化模型 對模型進行參數(shù)分析，優(yōu)化設(shè)計。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 圖 32液壓挖掘機基本組成簡圖 1一動臂； 2一斗桿； 3一鏟斗； 4一連桿機構(gòu)； 5一動臂液壓缸； 6一斗桿液壓缸； 7一鏟斗液壓缸 I一挖掘裝置； 11一回轉(zhuǎn)裝置； 111一行走裝置 工作裝置各運動部件之間采用銷軸鉸接，以動臂油缸來支撐和改變動臂的傾角，通過動臂油缸的伸縮可使動臂繞下鉸點轉(zhuǎn)動實現(xiàn)動臂的升降。 其工作過程如下： 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 先下放動臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動斗桿及鏟斗，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時，提升動臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作位置開始下一次作業(yè)循環(huán)。 這種記錄過程與次序有關(guān) (是順序化的 )。例如，通孔可以用一個足夠長的圓柱進行布爾差運算得到。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動 ，亦可以反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。 特征靈活性：因為在當(dāng)今的產(chǎn)品設(shè)計中，為了滿足客戶的要求，適應(yīng)市場的變化，更改設(shè)計是司空見慣的事。 3． 結(jié)構(gòu)特點是斗桿的側(cè)板，斗桿油缸耳支座板和鏟斗油缸耳支座板整個都由一塊板組成，或者側(cè)板和其中的一塊耳支座板是一體的，采用該結(jié)構(gòu)的挖掘機廠商主要有利勃海爾， JCB 等。本文采用 Pro/E 的族表（ Family Table）技術(shù)對挖掘機的動臂進行參數(shù)分析。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 圖 38 單擊該對話框中的“ 校驗” 命令，系統(tǒng)對添加的三個實例進行校驗，如圖 39 所示。當(dāng)部件修改時，不會反映到裝配體中，因此 這種裝配屬于非智能裝配。用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機械系統(tǒng)進行仿真，而且可以采用專用模塊針對特定工 業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進行快速有效的建模與仿真分析。 Pro/E 與 ADAMS共同支持的中課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 性文件格式主要有 STEP和 IGES。 2．修改顏色 如果用 ADAMS 軟件建模，每個零件的顏色都不盡相同，這是軟件默認(rèn)的。 (2)基本約束 ADAMS/View 提供的基本約束：平行約束、垂直約束、方向約束、點面約束、點線約束。此外，可以應(yīng)用點運動在模型中創(chuàng)建復(fù)雜的運動，例如沿圓弧的運動、船舶在海洋中的漂浮運動以及機器人的手臂運動等。此外，還可以用對象測量和交互式仿真分析對模型進行檢驗，仿真分析前進行裝配分析也有助于糾正錯誤的約束。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 2．仿真分析方式 ADAMS/View 有兩種仿真分析方式：交互式和按劇本進行仿真分析。對于這類多自由度問題，可以分為多個運動過程，每個過程只有 單個自由度，每個過程最后的運動狀態(tài)均作為下一個過程的初始條件，這種分割的辦法雖然繁瑣但運動形式清晰明了，對需要重點研究某一運動過程很方便。所以在一般正式挖掘作業(yè)中使用較多。在油缸移動副約束處添加移動驅(qū)動 (Translational joint motion)，運動方式為位移 (displacement)，運動函數(shù)輸入為相應(yīng)的 STEP 函數(shù)。根據(jù)挖掘機在 Y、 Z平面內(nèi)工作范圍，分解出斗齒上標(biāo)記點在 Y、課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣 賞 Z方向上的位移，圖 411所示為斗齒尖標(biāo)記點在 Y、 Z方向上位移變化曲