【正文】 在翻轉(zhuǎn)之前，這個計算結(jié)果和實驗結(jié)果非常一致，它作為設(shè)計資料被普遍接受。關(guān)鍵詞：多位模型，計算機(jī)仿真，液壓挖掘機(jī)，負(fù)載能力1．介紹在一個多位系統(tǒng)，幾個部分相互之間通過運動結(jié)合點聯(lián)結(jié)。由于一個多位系統(tǒng)的運動方程太復(fù)雜以至于不易解決，一個好的計算機(jī)程序分析多位動態(tài)系統(tǒng)就顯得有必要了。DADS和ADADS是多位動態(tài)學(xué)中有名的程序。一個挖掘機(jī)的主要功能是在建設(shè)領(lǐng)域挖掘和平整土地。兩種不同類型的挖掘機(jī)，輪式和履帶式的，是當(dāng)前常用的。輪式挖掘機(jī)在它自身的機(jī)動性下，移動工作地點比較方便，但是機(jī)械動力和操作能力相當(dāng)小。履帶式挖掘機(jī)由于其較大的能力和工作效率，變得廣泛起來。雖然操作技能對操作者很重要，但操作安全在設(shè)計階段更是要求嚴(yán)格，尤其在嚴(yán)重操作情況。在各種安全隱患中，意料不到的破壞力是安全隱患中最嚴(yán)重的。對一個挖掘機(jī)最大舉重能力的評價非常有用，特別是設(shè)計師在設(shè)計階段計算安全因素，但是對于一種事件的實現(xiàn)通常是不可能去執(zhí)行的。因此，如果可能，計算機(jī)對于這種關(guān)鍵性的評價對這種分析是很有說服力的。在本文中，一個液壓挖掘機(jī)的三位模型被模擬，用DADS程序執(zhí)行動態(tài)仿真。為了，模擬履帶與地面之間相互作用力，一個四步計算被模擬，來估算裝置不斷從實驗測量的結(jié)果。一個履帶式挖掘機(jī)在各種方位的最大舉重能力，通過裝置的變形被測量出來。履帶式挖掘機(jī)的組成如圖1所示。模型由一個吊桿、一個桿臂、一個汽缸、兩個聯(lián)結(jié)桿，兩個柱體吊桿組成。所有柱體有兩個相互獨立部分組成，并且相互之間允許有相關(guān)的自由度。上面框架包含引擎、泵體、發(fā)動機(jī)、電子管和附件，作為一個整體被模擬。在履帶式挖掘機(jī)的下框架，兩個鏈輪齒、兩個履帶，可能在模擬中被模擬為兩獨立部分。當(dāng)挖掘機(jī)在操作時，液壓馬達(dá)鎖緊鏈輪齒，然而下面框架包括所有相關(guān)零件作為一個部分考慮。下面框架通過地面支撐挖掘機(jī)的所有重量。包括地面，有22部分在三位計算機(jī)模型。 上面框架能關(guān)于搖擺軸旋轉(zhuǎn)，稱為第一個外置節(jié)點，在圖1中。由于一個柱體有1個相關(guān)自由度，4個柱體有4個在操作零件，包括6個自由度，在下面框架，系統(tǒng)共有11個自由度.。在挖掘機(jī)三位模擬中，在沒有多余的約束時，合理地選擇運動節(jié)點有些復(fù)雜。在上面框架和吊桿之間的節(jié)點，當(dāng)?shù)鯒U被強(qiáng)加兩個約束方程，節(jié)點的自由度被選為零。在鏟斗和臂之間的節(jié)點，當(dāng)鏟斗被強(qiáng)加一個運動約束，節(jié)點的自由度被選為零。運動節(jié)點的選擇列于圖1?？蚣芟旅娼Y(jié)構(gòu)的模擬列于圖2。下面框架組成，主要框架，兩個鏈輪齒，16個軌道滾筒，4個推動滾筒。鏈輪齒和齒輪通過旋轉(zhuǎn)節(jié)點連結(jié)主要框架，軌道輪通過軌跡在軌道上滾動。地面主要壓力是主要框架通過這些軌道輪。在DADS模擬下面框架的主要框架，左右鏈輪齒，左右履帶被作為獨立部分，鏈輪齒和履帶通過外置節(jié)點聯(lián)結(jié)。為了穩(wěn)定地分析推動滾筒和軌道滾筒假定附加于主要框架上作為一個整體。在舉起重物過程中操作時，我們假定重物上升很慢。因此，這種情景可視作類似靜態(tài)，瞬時動態(tài)影響可以忽略。為了表示從地面到下框架的力轉(zhuǎn)移，TSDA元素在地面和下框架之間被運用。為了穩(wěn)定分析，8種TSDA元素被運用在每一個軌道滾筒位置。兩個附加的TSDA元素被定義在鏈輪齒和履帶位置，如下圖3所示。在實驗中，軌道和地面之間裝載下沉關(guān)系可以用下面的公式表示： （1）其中，和代表地面下沉量，長方形鋼板寬度，變形的內(nèi)聚模量和變形的摩擦模量。至少兩個實驗應(yīng)分別用不同寬度的鋼板確定、和。然而，這種方法很難在當(dāng)挖掘機(jī)在混凝土上工作時應(yīng)用。在本文中，地面和下框架之間的相互作用力由不同的實驗確定，這種方法區(qū)別于常規(guī)方法。首先，初始彈性變形由舉重（）和軌道框架決定。從圖4的組成，以下的舉重和構(gòu)架之間的關(guān)系可獲得。由于軌道被幾個軌道架連接，當(dāng)鏈輪齒提升時，軌道由于其自身重量而偏轉(zhuǎn)。因此，接觸應(yīng)力在軌道滾筒和履帶上仍然存在鏈輪齒被輕微舉動。（1） ，軌道地面正好低于鏈輪齒，開始離開地面。（2） ，軌道地面正好低于鏈輪齒，從地面被舉起70mm。由以上兩結(jié)果，彈性變形k和指數(shù)n在方程可由以下四個步驟計算。第一步：闡明垂直方向力的均衡方程 (2)其中，，和代表舉起重量，工作零件重量，上框架重量，下框架重量，鏈輪齒重量和履帶重量。力，代表軌道輪上的力，和 代表履帶和鏈輪齒上的力。關(guān)于點的的力矩方程變?yōu)? （3）其中，，，代表桿臂從點的力，代表每個軌道輪到點的距離，是到鏈輪齒的距離。第二步假定力量分配既然我們已經(jīng)用兩個方程確定10個未知數(shù)，在方程（2），（3）中，10個未知數(shù)不能直接確定。因此，強(qiáng)迫偏轉(zhuǎn)關(guān)系可由確定。另外，下框架變形太大以至于和軌道滾筒看似為線性，然后，RHS在零負(fù)重時，計算為： （4） （5）從以上推斷，力分配是線性的，力，可用和代替。 （6）和的值表格1已給定。表格1 和的值 12345678用方程（6）替代（4），（5），力可求出。此時，計算力均滿足均衡方程。第三步：第一重量升降關(guān)系在計算力之間，檢驗第一重量升降關(guān)系。第一升降關(guān)系表明，鏈輪齒恰被舉起，計算方程（2）和（3）的RHS。 （7） （8）假定力關(guān)系接近線性，力可用代替， （9）的值在表格1中已經(jīng)給出。如果計算得到的力滿足第一舉重條件，然后移動到第四步；如果計算所得力不滿足第一舉重條件，假定力分配是線性的不正確。因此，移動到第二步，用另一個力關(guān)系（二次方程）再試一次。當(dāng)應(yīng)力用時，不滿足第一舉重條件，試用另一組值，或。第四步：第二舉重關(guān)系的應(yīng)用 第二舉重關(guān)系的應(yīng)用告訴我們，鏈輪齒升高70mm。在這種條件下，它可能決定軌道滾筒在地面上的數(shù)量。指數(shù)n的值決定于第三步，檢查力到0的分配關(guān)系。如果不滿足，然后用再試，進(jìn)行此進(jìn)程，直到滿足第一應(yīng)力關(guān)系。當(dāng)?shù)谒牟揭淹瓿?，選擇變形k和指數(shù)n滿足均衡方程。最后值的獲得是從最后一步，如下：形變，指數(shù)，用力偏轉(zhuǎn)關(guān)系到TSDA，挖掘機(jī)的多位DADS模型就產(chǎn)生了。地面和履帶之間TSDA元素的阻尼系數(shù)也是可以通過實驗結(jié)果來確定的。這個實驗可使挖掘機(jī)執(zhí)行突然從水平方向到最大高度。從計算機(jī)仿真獲得的阻尼數(shù)據(jù)資料給我們的動態(tài)反應(yīng)和實驗得來的是一樣的。幾組動態(tài)仿真用先前通過彈性變量獲得的阻尼系數(shù)被實施，它顯示出與實驗相同的結(jié)果。在圖5中，顯示了兩種從DADS仿真獲得的具有不同阻尼系數(shù)的反應(yīng)。既然，阻尼系數(shù)與實驗結(jié)果最相一致，它的值就作為了阻尼系數(shù)。隨著液壓挖掘機(jī)DADS模擬的發(fā)展，兩種仿真被用來估算其前部位置最大舉起重物的能力。如圖2所示，為了測量在全部伸展位置的最大舉重力。隨著舉起重量的增加，鏈輪齒從DADS仿真獲得的上升高度見圖6。正如圖標(biāo)所示，當(dāng)舉重為7噸時鏈輪齒高度為，然后，當(dāng)舉重為8噸時，可能導(dǎo)致挖掘機(jī)在地面上傾翻。為了測量中等距離展開位置的最大舉重能力，轉(zhuǎn)動中心和舉起重物的距離是，隨著重物的增加，挖掘機(jī)履帶從DADS仿真得到的數(shù)據(jù)如圖7所示，當(dāng)舉起重物為8噸時，鏈輪齒上升，當(dāng)舉起重物為15噸時，上升。這些結(jié)果同實驗相比，有很大的一致性。然而，當(dāng)舉重超過15噸時，不能執(zhí)行安全操作。舉重高于15噸的仿真被執(zhí)行，來估算穩(wěn)定位置最大的舉重能力。正如圖7所示，當(dāng)舉重為16噸時，鏈輪齒上升，17噸可能導(dǎo)致挖掘機(jī)傾翻在地上。5．結(jié)論對挖掘機(jī)的最大負(fù)載能力的評價建議用計算機(jī)仿真。為了獲得計算結(jié)果，一個液壓挖掘機(jī)的三位模型被建立。模型有具有11個自由度的22部分組成。為了模擬上框架和下框架之間的力相互作用，兩個實驗結(jié)果被測量和利用，來估算彈性變形。然后，一個四步算法結(jié)合力和時間的均衡方程被建立，來估算連續(xù)彈性。用這種連續(xù)彈性計算方法，履帶式挖掘機(jī)在各種位置最大負(fù)載能力，可用次計算方法計算得出。這種計算結(jié)果和實驗得出的有很大的相同，它對設(shè)計有很大的幫助。45