【導(dǎo)讀】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(guān)鍵因素。施工作業(yè)單位的青睞。國外著名廠家的液壓挖掘機(jī)在設(shè)計(jì)方法上重視試驗(yàn)研究工。作，重視電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，而國內(nèi)的廠家則更多的停留在測繪仿制階段，業(yè)實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)的最佳方案。本論文對挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行建模、裝配，并對動臂進(jìn)行參數(shù)化分析。機(jī)進(jìn)行順序動作和復(fù)合動作的運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)仿真分析。將虛擬樣機(jī)技術(shù)引入到。于改進(jìn)原有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，或進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)研制，對提高此類。工作裝置的參數(shù)化建模........

　　

【正文】 檢驗(yàn)正確。 仿真分析概述 1．仿真類型 ADAMS／ View 自動地調(diào)用 ADAMS／ Solver 求解程序來完成仿真分析，其仿真類型有以下 4 種： (1) 動力學(xué)分析 (Dynamic)：通過求解一系列非線性的微分和代數(shù)方程，仿真分析自由度大于零的復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)動和各種力。 (2) 運(yùn)動學(xué)分析 (Kinematic)：通過求解一系列代數(shù)方程，仿真分析自由度等于零、有確定運(yùn)動的系統(tǒng)的運(yùn)動。 (3) 靜態(tài)分析 (Static)：通過力平衡條件，求解構(gòu)件各種作用力達(dá)到平衡的位置。 (4) 裝配分析 (Assemble)：用于發(fā)現(xiàn)糾正在裝配和操作過程中的錯誤連接，以及不恰 當(dāng)?shù)某跏紬l件。 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(jìn)行仿真分析。交互式仿真分析是最方便和迅速的樣機(jī)仿真分析方法，在進(jìn)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(jìn)行樣機(jī)仿真分析，初始的仿真分析往往都采用這種方式。隨著分析的深入，可以采用按劇本進(jìn)行仿真分析的方式。對于希望按照一套預(yù)先設(shè)置好的仿真參數(shù)，反復(fù)進(jìn)行仿真分析的場合，使用仿真劇本是比較方便的。 工作裝置的運(yùn)動學(xué)仿真分析 運(yùn)動學(xué)研究的是物體的位移、速度和加速度的關(guān) 系，因此對挖掘機(jī)工作裝置運(yùn)動學(xué)的仿真分析任務(wù)是對已建立的工作裝置虛擬樣機(jī)模型，按主動件的位置、速度和加速度來確定從動件或從動件上指定點(diǎn)的位置、速度和加速度。 在運(yùn)動學(xué)仿真中， ADAMS/Solver 只解最少的代數(shù)方程，因此，對于運(yùn)動學(xué)仿真系統(tǒng)的自由度必須為零。 對于挖掘機(jī)的運(yùn)動仿真，為了能夠使模型真實(shí)反映實(shí)際機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律，必須精確地描述驅(qū)動件的運(yùn)動規(guī)律。如動臂缸收縮到一定位置后不動，斗桿缸和鏟斗缸運(yùn)動到一定位置，并開始挖掘作業(yè)，然后提升、卸載等運(yùn)動。對于這類多自由度問題，可以分為多個運(yùn)動過程，每個過程只有 單個自由度，每個過程最后的運(yùn)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(yùn)動形式清晰明了，對需要重點(diǎn)研究某一運(yùn)動過程很方便。 液壓挖掘機(jī)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。顯然，當(dāng)三者長度為某一組確定值時反鏟裝置就相應(yīng)處于一個確定的幾何位置。液壓挖掘機(jī)反鏟工作液壓缸運(yùn)動參數(shù)如下：（單位 mm） 動臂行程： 690，斗桿行程： 1300，鏟斗行程： 614。 對于液壓挖掘機(jī)來說，一般有兩種挖掘工作方式：順序動作方式和復(fù)合動作方式。順序動作方式是指在挖掘機(jī) 工作的時候各個油缸是依次按順序動作收縮或伸出。而復(fù)合動作方式是指在挖掘機(jī)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。這種工作方式極大的利用了發(fā)動機(jī)及油泵的功率，節(jié)約了工作時間，極大地提高了工作效率。所以在一般正式挖掘作業(yè)中使用較多。 對于順序動作方式，一般用來檢驗(yàn)挖掘機(jī)的挖掘范圍，測定挖掘機(jī)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。 最大挖掘半徑是指挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)中心到鏟斗斗齒尖所能伸出的最遠(yuǎn)點(diǎn)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(jī)面以下所能達(dá)到的最低點(diǎn)到停機(jī)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(jìn)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(jī)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。 對于反鏟型挖掘機(jī)來說，主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤 (如建筑基坑、溝渠等 )，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，也是工程設(shè)計(jì)中所要優(yōu)先考慮的設(shè)計(jì)參數(shù)。 以下主要針對液壓挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)，采用順序動作方式來計(jì)算檢驗(yàn)挖掘機(jī)的挖掘工作范圍，測定挖掘機(jī)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。 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(shè)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(dá)式或設(shè)計(jì)變量； X1 — 自變量的 STEP函數(shù)結(jié)束值，可以是常數(shù)、函數(shù)表達(dá)式或設(shè)計(jì)變量； H0 — STEP函數(shù)的初始值，可以是常數(shù)、設(shè)計(jì)變量或其它函數(shù)表達(dá)式； H1 — STEP函數(shù)的最終值，可以是常數(shù)、設(shè)計(jì)變量 或其它函數(shù)表達(dá)式。 圖像表示如圖 45： 圖 45 STEP 函數(shù)表示 STEP函數(shù)在實(shí)際的運(yùn)用過程中，它有兩種表示方法，一種是嵌入式： STEP(A， x0， h0， xl， (STEP(A， xl， hl， x2， (STEP(A， x2， h2， x3， h2))))) 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 (可以嵌套更多的 ) 另一種就是增量式： STEP(A， x0， h0， xl， h1)+STEP(A， xl， h2， x2， h3)+STEP(A， x2， h4， x3， h5)+? 首先在 ADAMS/view 中，在鏟斗中齒尖部位創(chuàng)建一個 MARKER 標(biāo)記點(diǎn)，如圖 46所 示，并在此標(biāo)記點(diǎn)上建立一個測量 (measure)，定義測量特征為移動位移(Translational displacement)，在測量分量中分別選取 Y 和 Z，對系統(tǒng)進(jìn)行一次仿真就可獲得挖掘機(jī)的作業(yè)范圍和主要作業(yè)尺寸。 圖 46齒尖測量點(diǎn)示意圖 對于順序測量，在 ADAMS 中的仿真思路是：對于動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸驅(qū)動分別建立不同的 STEP 函數(shù)表示，來調(diào)節(jié)油缸的伸縮行程，以獲得挖掘機(jī)的工作范圍。在油缸移動副約束處添加移動驅(qū)動 (Translational joint motion)，運(yùn)動方式為位移 (displacement)，運(yùn)動函數(shù)輸入為相應(yīng)的 STEP 函數(shù)。各個油缸的STEP 函數(shù)的具體設(shè)置如下： 定義動臂油缸上的驅(qū)動方程 STEP 函數(shù)為： STEP(time， 0， 0， 5， 500)+STEP(time， 5， 0， 6， 690)+ STEP(time， 6， 0， 10， 0)+STEP(time， 10， 0， 13， 0)+ STEP(time， 13， 0， 16， 690)+STEP(time， 16， 0， 19， 0)+ STEP(time， 19， 0， 22， 0)+STEP(time， 22， 0， 25， 0) 定義斗桿油缸上的驅(qū)動方程 STEP 函數(shù)為： STEP(time， 0， 1300， 5， 1300)+STEP(time， 5， 0， 6， 0)+ STEP(time， 6， 0， 10， 1000)+STEP(time， 10， 0， 13， 0)+ 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 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(xiàng)定義的依據(jù)是挖掘機(jī)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。為了得到準(zhǔn)確的運(yùn)動參數(shù)，在進(jìn)行順序工作方式仿真的時候，不考慮回轉(zhuǎn)動作。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。這些函數(shù)的給出是以挖掘機(jī)工作裝置實(shí)際運(yùn)動驅(qū)動和挖掘機(jī)油缸的理論行程為主要依據(jù)的。 圖 47動臂油缸函數(shù)曲線 圖 48 斗桿油缸函數(shù)曲線 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 49 鏟斗油缸函數(shù)曲線 在設(shè)置好驅(qū)動后，運(yùn)行 ADAMS 軟件的仿真模塊 ADAMS/Solver，進(jìn)行仿真運(yùn)算。仿真結(jié)束后，在動畫回放 Animation 中觀看仿真結(jié)果，并跟蹤鏟斗齒尖標(biāo)記點(diǎn)MARKER_1006，即可在 YZ 平面內(nèi)繪制挖掘機(jī)工作范圍，如圖 410 所示。 圖 410 工作裝置的作業(yè)軌跡 在利用標(biāo)記點(diǎn)得到挖掘機(jī)工作范圍后，利用 ADAMS的添加曲線功能獲得挖掘機(jī)的主要作業(yè)尺寸。根據(jù)挖掘機(jī)在 Y、 Z平面內(nèi)工作范圍，分解出斗齒上標(biāo)記點(diǎn)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(diǎn)在 Y、 Z方向上位移變化曲線。從圖上可以得出最大挖掘半徑、最大挖掘深度、最大挖掘高度等挖掘機(jī)特殊作業(yè)尺寸值。 圖 411 斗齒尖標(biāo)記點(diǎn) Y和 Z方向位移曲線圖 表 41液壓挖 掘機(jī)主要作業(yè)尺寸測量 單位： mm 測量 項(xiàng)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(shí)際操作中均能根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)復(fù)合動作。因此對于高效挖掘作業(yè)，主要運(yùn)用挖掘機(jī)的復(fù)合動作工作方式，一般運(yùn)用兩個和兩個以上的運(yùn)動部件在動作，這樣不但可以節(jié)約作業(yè)循環(huán)時間，還可以提高工作效率。通過設(shè)置動臂油缸驅(qū)動、斗桿油缸驅(qū)動、鏟斗油缸驅(qū)動和回轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動的 STEP函數(shù)，以達(dá)到控制油缸的 動作過程的目的，來實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的復(fù)合動作同樣，在油缸移動副約束處添加移動驅(qū)動 (Translational ioint motion)，對于回轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)副添加轉(zhuǎn)動驅(qū)動 (Rotational joint motion)，運(yùn)動方式為位移(displacement)，運(yùn)動函數(shù)輸入相應(yīng)的 STEP函數(shù)。各個油缸和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的 STEP函數(shù)的具體設(shè)置如下。一個循環(huán)的挖掘時間受到較多因素的影響（土壤條件、工作人員的熟練程度等）所以總的工作時間設(shè)定為 16秒，其中準(zhǔn)備時間為挖掘機(jī)姿勢調(diào)整為 1秒，總的理論作業(yè)循環(huán)時間為 15秒。 定義動臂油 缸上的驅(qū)動方程 STEP函數(shù)為： STEP(time， 0． 0， 0． 0， 1． 0， 500)+STEP(time， 1， 0． 0， 2， 450)+ STEP(time， 2， 0， 3． 2， 0)+STEP(time， 3． 2， 0， 5， 200)+ 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 STEP(time， 5， 0， 10， 250)+STEP(time， 10， 0， 12， 0)+ STEP(time， 12， 0， 14， 0)+STEP(time， 14， 0， 16， 600) 定義斗桿油缸上的驅(qū)動方程 STEP 函數(shù)為： STEP(time， 0， 1300， 1． 0,1300)+STEP(time， 1， 0， 2， 400)+ STEP(time， 2， 0， 3． 2， 200)+STEP(time， 3． 2， 0， 5， 0)+ STEP(time， 5， 0， 10， 0)+STEP(time， 10， 0， 12， 0)+ STEP(time， 12， 0， 14， 400)+STEP(time， 14， 0， 16， 200) 定義鏟斗油缸上的驅(qū)動方程 STEP 函數(shù)為： STEP(time， 0， 614， 1， 614)+STEP(time， 1， 0， 2， 200)+ STEP(time， 2， 0， 3． 2， 200)+STEP(time， 3． 2， 0， 5， 100)+ STEP(time， 5， 0， 10， 114)+STEP(time， 10， 0， 12， 0)+ STEP(time， 12， 0， 14， 690)+STEP(time， 14， 0， 16， 0) 定義回轉(zhuǎn)運(yùn)動副上的驅(qū)動方程 STEP函數(shù)為： STEP(time， 0， 0， 1， 0)+STEP(time， 1， 0， 2， 0)+ STEP(time,2， 0， 3． 2,0)+STEP(time， 3． 2， 0， 5， 0)+ STEP(time， 5， 0， 10， 90d)+STEP(time， 10， 0， 12， 0)+ STEP(time， 12， 0， 14， 0)+STEP(time， 14， 0， 16， 90d)