【正文】 計算機技術的應用，而國內(nèi)的廠家則更多的停留在測繪仿制階段，系統(tǒng)的計算機輔助設計應用還不夠廣泛，不夠成熟 ,因此傳 統(tǒng)的設計方法已很難滿足設計、生產(chǎn)的需要，只有將計算機輔助技術融入到整個系統(tǒng)設計當中，才是企業(yè)實現(xiàn)快速設計的最佳方案。 當前，國際上挖掘機的生產(chǎn)正向大型化、微型化、多能化和專用化的方向發(fā)展。在挖掘機設計過程中，機構參數(shù)的確定是一件非常復雜的工作，影響這些參數(shù)的因素也很多，所有這些參數(shù)之間相互制約，所以我們有必要采用先進的設計方法來設計挖掘機的工作參數(shù)，進而提高挖掘機設計水平、產(chǎn)品質(zhì)量、效率和競爭能力。K 公司引進技術生產(chǎn)斗容量 1— ，但質(zhì)量和數(shù)量與國外相比均存在較大差距，在故障時間、經(jīng)濟性、燃油消耗率、施工成 本等方面差距明顯。面對持續(xù)發(fā)展、風云變幻的市場需求，企業(yè)為了提高自身競爭力，必須盡快推出新產(chǎn)品，更新設計，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低研發(fā)成本，進行創(chuàng)新性設計，這樣才能對瞬息萬變的市場需求做出敏捷反應，從而在競爭中獲得相當?shù)氖袌龇蓊~和利潤。研究這些系統(tǒng)的動力學需要建立非線性運動方程、能量表達式、運動學表達式以及其他一些量的公式。參盟的企業(yè)為了實現(xiàn)并行設計和制造，信息的快速交流尤顯重要，而虛擬 樣機是一種數(shù)字化模型，通過網(wǎng)絡可以快速、準確的傳輸，從而為動態(tài)聯(lián)盟活動的高度并行性提供了基礎。 基于一些客觀因素，虛擬樣機技術在我國還沒有被廣泛的應用。 動畫顯示的真實感。 (2) 給模型施加約束和運動。當斗桿油缸伸縮時，斗桿可繞 動臂上鉸點轉(zhuǎn)動。 參數(shù)化建模的優(yōu)勢在于其速度快。這種行為建模技術被業(yè)界作為第五代 CAD 技術。一個成功 的參數(shù)化設計平臺，為結構工程師節(jié)約了大量的時間和精力，提高了新產(chǎn)品開發(fā)效率，必將為企業(yè)帶來效益。 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 a）實例一 b）實例二 圖 310 關閉“ 預覽”對話框。本文選擇 ADAMS 軟件平臺進行仿真分析。方法很多，可以在下拉式菜單中選擇 Edit、 Appearance 命令，也可以啟動數(shù)據(jù)庫測覽器，在下拉式工具條中選擇 Display Attribute 命令，甚至還可以右擊圖形區(qū)域選擇 Appearance 命令 3．更改名字 在 ADAMS 中，輸入模型的各個構件都是以 Part Number(Number≥ 2)來命名的不易辨別，最好重新命名其中， Partl 是軟件自動創(chuàng)建的“ ground”零件，它沒有質(zhì)量及初始速度，不會增加系統(tǒng)的自由度，全局坐標系就建立在“ ground”上面命名方法基 本同修改顏色，就是將 Appearance/Display Attribute 改為 Rename命令。 5．施加載荷 ADAMS/View 提供了四種類型的力：作用力、柔性連接力、特殊力和接觸力。隨著分析的深入，可以采用按劇本進行仿真分析的方式。 最大挖掘半徑是指挖掘機的回轉(zhuǎn)中心到鏟斗斗齒尖所能伸出的最遠點間的距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 離；最大挖掘深度是指鏟斗在停機面以下所能達到的最低點到停機面 的距離，此時，動臂、鏟斗的三個油缸活塞桿全部收回，斗桿進行旋轉(zhuǎn)；最大挖掘高度是指工作裝置處于最大舉升高度時，鏟斗斗齒尖端至停機面的距離，此時，動臂油缸活塞桿全伸出，而斗桿與鏟斗油缸的活塞桿全部收回。 圖 411 斗齒尖標記點 Y和 Z方向位移曲線圖 表 41液壓挖 掘機主要作業(yè)尺寸測量 單位： mm 測量 項目 最大挖掘 半徑 最大挖掘 深度 最大挖掘 高度 仿真值 無論動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸，在實際操作中均能根據(jù)需要實現(xiàn)復合動作。仿真結束后，在動畫回放 Animation 中觀看仿真結果，并跟蹤鏟斗齒尖標記點MARKER_1006，即可在 YZ 平面內(nèi)繪制挖掘機工作范圍，如圖 410 所示。而復合動作方式是指在挖掘機工作的時候，各個油缸是同時動作的，同時動作的有兩個或三個油缸。 (3) 靜態(tài)分析 (Static)：通過力平衡條件，求解構件各種作用力達到平衡的位置。創(chuàng)建點運動時，需指定運動的方向。導入的模型結果如圖 42。 圖 312 總裝配圖 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 第四章 基于 ADAMS 的液壓挖掘機仿真 挖掘機工 作裝置的仿真 仿真平臺的選擇 ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System) 是由美國Mechanical Dynamics Inc 公司研制的集建模、求解、可視化技術于一體的虛擬樣機軟件，是世界上目前使用范圍最廣、最久負盛名的機械系統(tǒng)仿真分析軟件，其在市場占有的份額超過 50%。 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 36 單擊“族表 DONG BI”對話框“添加 /刪除列表” 命令，并依次單擊動臂的主要尺寸后得“族項目，普通模型： DONG BI”如圖 37 所示。 斗桿機構大致可以分為三種外形結構： 1． 結構特點是斗桿油缸耳支座板，鏟斗油缸支座耳板分開，是目前市場上最為常見的結構。 下面簡單介紹一下 PRO/ENGIEER 參數(shù)化設計的特點： 單一數(shù)據(jù)庫： PRO/ENGIEER 是建立在統(tǒng)一基礎上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。因此，參數(shù)化建模通過捕捉模型中的參數(shù)化關系記錄了設計過程。如圖 31 為正在工作的液壓挖掘機。用戶可以在各種不同的道路條件下運行 ADAMS／ Car 模型，執(zhí)行駕駛操作，使車輛在試驗道路上正常行駛，用戶可以準確模擬汽車的操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性、安全性及其它各項性能參數(shù)。 ADAMS／ Solver 有各種建模和求解選項， 以便精確有效地解決各種問題。虛擬樣機軟件可以運用傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的控制理論，進行機械系統(tǒng)的運動仿真分析，并運用虛擬樣機分析技術進行機械系統(tǒng)的優(yōu)化設計和分析。虛擬樣機的設計方法是通 過計算機技術建立產(chǎn)品的數(shù)字化模型 (虛擬樣機 )，擺脫了對物理樣機的依賴，從而可以完成無數(shù)次物理樣機無法進行的虛擬試驗，有時這些試驗是破壞性的，因此大大減少了物理樣機的數(shù)量，而且縮短了研發(fā)周期、提高了產(chǎn)品質(zhì)量。已知系統(tǒng)的運動確定運動副動反力的問題稱為動力學的逆問題，它是系統(tǒng)各 部件強度分析的基礎。將虛擬樣機技術引入到挖掘機設計分析領域， 提高產(chǎn)品的設計效率和設計質(zhì)量， 從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)成本。因此使得挖掘機在現(xiàn)代“挖土改水 的建設中發(fā)揮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 中越來越重要的作用。國外獨資或合資企業(yè)產(chǎn)品雖然價格較貴，但因其技術含量較高，依然占據(jù)國內(nèi)市場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 的份額。因此，其可靠性備受關注，特別是它的工作裝置部分，由于要承受巨大載荷以及頻繁的載荷變化，其結構安全性更要進行嚴格驗證。于改進原有產(chǎn)品的設計，或進行新產(chǎn)品的開發(fā)研制，對提高此類產(chǎn)品的設計質(zhì)量很有實用意義。對于大中型液壓挖掘機尚處于經(jīng)驗設計階段，試驗研究工作薄弱，短期內(nèi)難以完成設計開發(fā)工作。它具有很高的生產(chǎn)效率和可靠的安全 穩(wěn)定性，對于保證工程質(zhì)量、 加快建設速度，有著重要作用。并進行順序動作、復合動作的運動學和動力學仿真分析。力學模型為多個物體通過運動副連接的系統(tǒng)，稱為多體系統(tǒng)。傳統(tǒng)的研發(fā)方法從設計到生產(chǎn)是一個串行過程，它存在很多弊端?？梢岳眠\動學和動力學分析的結果，確定進行機械系統(tǒng)有限元分析所需的外力和邊界條件，對構件應力、應變和強度進行進一步的分析。其實體建模的內(nèi)核采用 Parasolid 格式，除提供了豐富的零件幾何圖形庫外，還提供了完整的約束開和力／力矩庫，支持布爾運算，建模工作快速。 。這要求設計者不僅要充分掌握產(chǎn)品設計的基礎理論知識，而且還能熟練的運 用 CAD 軟件進行參數(shù)化建模。 參數(shù)化建模與特征建模 目前， CAD 技術的基礎理論主要是以 PTC 公司的 Pro/E 為代表的參數(shù)化造型理論和以 SDRC 公司的 I 一 DEAS 為代表的變量化造型理論。此外，特征還可以攜帶供其它有用的屬性信息 (如密度、硬度、熱傳導系數(shù)等 )。使用這種功能，設計 者可以定義特征建立的方式，利用這種定義方式，你可以靈活的構建特征，并且在特征發(fā)生更改時仍然保持你的設計意圖，從而把設計人員從煩瑣的設計更改中解放出來。把零件生產(chǎn)標準化，既省時又省力，從零件文件中生成各種零件，無需重新構造，可以對零件產(chǎn)生細小的變化而無需用關系改變模型。因此本文采用虛擬裝配方式。 為了保證模型傳遞傳遞到 ADAMS 后單位保持一致，在 PRO/E 里要把單位設置成 mmKs。但只能對移動副、轉(zhuǎn)動副或圓柱副添加運動副運動。模型沒有多余約束，檢驗正確。液壓挖掘機反鏟工作液壓缸運動參數(shù)如下：（單位 mm） 動臂行程： 690，斗桿行程： 1300，鏟斗行程： 614。對以上所建立的各油缸驅(qū)動函數(shù)在 ADAMS 中曲線表示如圖 4圖 4圖 49 所示。各個油缸和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的 STEP函數(shù)的具體設置如下。 各個液壓油缸間的驅(qū)動方程，以 ADAMS 提供的階躍函數(shù) STEP 函數(shù)來表示，其中階躍函數(shù)的設置格式為： STEP(A， X0， H0， X1， H1) 參數(shù)說明： A — 自變量，可以是時間或時間的任意函數(shù) X0 — 自變量的 STEP函數(shù)開始值，可以是常數(shù)或函數(shù)表達式或設計變量； X1 — 自變量的 STEP函數(shù)結束值，可以是常數(shù)、函數(shù)表達式或設計變量； H0 — STEP函數(shù)的初始值，可以是常數(shù)、設計變量或其它函數(shù)表達式； H1 — STEP函數(shù)的最終值，可以是常數(shù)、設計變量 或其它函數(shù)表達式。 在運動學仿真中， ADAMS/Solver 只解最少的代數(shù)方程，因此，對于運動學仿真系統(tǒng)的自由度必須為零。 這樣，挖掘機機械系統(tǒng)的虛擬樣機模型基本建立，如圖 43 所示。簡單運動副用來表示具有相互作用的物理運動副，它所聯(lián)接的兩個零件可以是剛體、柔性體或質(zhì)點。 從 Pro/E 到 ADAMS 的圖形文件傳遞可以通過兩種方法進行：一種是將 Pro/E 創(chuàng)建的模型存儲為中性文件格式，然后通過 ADAMS 的圖形數(shù)據(jù)傳遞接口ADAMS/Exchange 實 現(xiàn) 導 人 ； 另 一 種 是 使 用 Pro/E 和 ADAMS 的專用接口MECHANISM/Pro，將 Pro/E 創(chuàng)建的模型存儲為 ADAMS 的 *． cmd 或 *． adm 格式，完成模型傳遞。從零件文件中生成各種零件，無需重新構造，可以對零件產(chǎn)生細小的變化而無需用關系改變模型。其他主要零部件還包括斗桿、鏟斗等。它既可以和 PRO/ENGIEER 在一起使用，又可以獨立的使用，它的主要功能是有限元分析、靜力學分析、動力學分析、震動分析、熱力分析，最新的功能還可以進 行疲勞分析、疲勞預側等。特征是一種實體概念，它不僅包括定義約束和幾何拓撲信息，還包括包含規(guī)則和屬性的幾何行為信息。對于反鏟挖掘機來說，主要用于挖掘停機面以下的土壤，因此最大挖掘深度和最大挖掘半徑是其主要的作業(yè)尺寸。 3．校驗 模型 導入實際實驗測試數(shù)據(jù)，與虛擬仿真的結果進行比較。用戶可以在 ADAMSView 中建立液壓系統(tǒng)回路的框架，然后通過液壓驅(qū)動元件如油缸等將其連接到機械系統(tǒng)模型中，最后選取適當?shù)摹⒐δ茏顝姷那蠼馄鞣治稣麄€系統(tǒng)的性能。 ADAMS 概述及其仿真技術 機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件 ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)，是美國 MDI 公司 (Mechanical Dynamics Inc．，現(xiàn)屬于 MSC公司 )開發(fā)的集建模、求解、可視化技術于一體的虛擬樣機分析軟件，是世界上目前使用范圍最廣、最負盛名的機械系統(tǒng)仿真分析軟。 2．開發(fā)和實現(xiàn)有效的處理數(shù)學模型的計算方法與數(shù)值積分方法。 多柔體系統(tǒng)動力學可以看作是多剛體動力學的自然延伸。 一種新產(chǎn)品的開發(fā)和研制需要考慮諸多因素，因此對傳統(tǒng)設計方法提出了挑戰(zhàn)，虛擬樣機技術從分析解決機械系統(tǒng)整體性能及其相關問題的角度出 發(fā)，研究解決采用傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品設計方法學所帶來的弊端的一項高新技術 手段。為了使挖掘機設計人員從繁忙的計算中解脫出來，將計算機輔助計算和優(yōu)化設計應用于液壓挖掘機工作裝置的設計中是目前研究的重點。通過 CAD、 CAE 軟件進行準確建模，動態(tài)仿真、運動學分析和動力學分析，然后進行優(yōu)化設計。因此，對國產(chǎn)挖掘機行業(yè)來說，引進先進的生產(chǎn)技術和積極采用先進的設計 開發(fā)技術迫在眉睫。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 基于 ProE 挖掘機工作裝置的建模及運動仿真 摘要 在當今經(jīng)濟全球化、市場競爭日趨激烈的時代，在新產(chǎn)品的開發(fā)時間逐漸縮短的同時，產(chǎn)品質(zhì)量成為企業(yè)能否在激烈的市場競爭中取勝的關