【正文】 液壓缸的液壓力是挖掘機工作裝置運動的原動力，故在液壓缸筒和活塞桿之間添加驅(qū)動，各個油缸和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動驅(qū)動函數(shù)設(shè)置如下： 。 針對一個作業(yè)循環(huán)，在 ADAMS 軟件中對對稱載荷的作用仿真如下： 添加驅(qū)動 挖掘機在復(fù)合工況作業(yè)下，作業(yè)動作分為挖掘、抬臂回轉(zhuǎn)、卸料和回轉(zhuǎn)降臂四個環(huán)節(jié)，而在挖掘環(huán)節(jié)，挖掘阻力對于鏟斗來說情況復(fù)雜，完全真實的描述比較困難，因此在進(jìn)行動力學(xué)分析時，要進(jìn)行簡化處理。 在復(fù)合動作方式下，對稱載荷是最常見的作業(yè)工況，也是最理想的作業(yè)狀態(tài)，但有時在挖掘機挖掘過程中，由于地質(zhì)原因或者其它外界因素影響會使挖掘過程出現(xiàn)偏載狀態(tài)。 通過動力學(xué)分析，本文擬得到挖掘機的動臂、斗桿、鏟斗等的鉸接點的力學(xué)特性曲線，以便揭示各構(gòu)件在挖掘機挖掘作業(yè)過程中的動力學(xué)特性規(guī)律，并為進(jìn)一步分析挖掘機的結(jié)構(gòu)特性和受力分析提供了結(jié)構(gòu)件的載荷分布情況。 39 工作裝置的動力學(xué)仿真 在對挖掘機虛擬樣機進(jìn)行動力學(xué)分析時，需要加載挖掘過程中挖掘機所受的各種載荷。這樣不僅可以大大縮短工作時間，而且對于發(fā)動機及液壓油泵的功率利用來說，也是非常有利的。復(fù)合動作方式仿真的順利完成，實現(xiàn)了挖掘機的挖掘 — 提升一回轉(zhuǎn)一卸料一反回轉(zhuǎn)一 降臂等一系列動作，復(fù)合動作工作方式下，斗齒尖的運動軌跡如圖 415所示。 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)+ 36 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) 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 41圖 41圖414 所示。各個油缸和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的 STEP函數(shù)的具體設(shè)置如下。因此對于高效挖掘作業(yè)，主要運用挖掘機的復(fù)合動作工作方式，一般運用兩個和兩個以上的運動部件在動作，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。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特殊作業(yè)尺寸值。 圖 410 工作裝置的作業(yè)軌跡 在利用標(biāo)記點得到挖掘機工作范圍后，利用 ADAMS的添加曲線功能獲得挖掘機的主要作業(yè)尺寸。 圖 47動臂油缸函數(shù)曲線 圖 48 斗桿油缸函數(shù)曲線 34 圖 49 鏟斗油缸函數(shù)曲線 在設(shè)置好驅(qū)動后，運行 ADAMS 軟件的仿真模塊 ADAMS/Solver，進(jìn)行仿真運算。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)+ 33 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。 圖 46齒尖測量點示意圖 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，以獲得挖掘機的工作范圍。 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)計變量； H0 — STEP函數(shù)的初始值，可以是常數(shù)、設(shè)計變量或其它函數(shù)表達(dá)式； H1 — STEP函數(shù)的最終值，可以是常數(shù)、設(shè)計變量 或其它函數(shù)表達(dá)式。 對于反鏟型挖掘機來說，主要用于挖掘停機面以下的土壤 (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)計中所要優(yōu)先考慮的設(shè)計參數(shù)。 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。這種工作方式極大的利用了發(fā)動機及油泵的功率，節(jié)約了工作時間，極大地提高了工作效率。順序動作方式是指在挖掘機 工作的時候各個油缸是依次按順序動作收縮或伸出。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。 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。如動臂缸收縮到一定位置后不動，斗桿缸和鏟斗缸運動到一定位置，并開始挖掘作業(yè)，然后提升、卸載等運動。 在運動學(xué)仿真中， ADAMS/Solver 只解最少的代數(shù)方程，因此，對于運動學(xué)仿真系統(tǒng)的自由度必須為零。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。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(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)行樣機仿真分析，初始的仿真分析往往都采用這種方式。 (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。 (2) 運動學(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、有確定運動的系統(tǒng)的運動。模型沒有多余約束，檢驗正確。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。在 Tools 菜單中選擇 Model Verify 命令 顯示信息窗可以得到模型的重要信息，包括移動的零件和運動副的數(shù)量，同時也列出模型的自由度數(shù)，并說明模型是否合理。 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。 在施加力時，需要指明力作用的零件和作用點，以及力的大小和方向。 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。點運動也可以添加到運動副上。 點運動：定義兩個零件的相對運動。但只能對移動副、轉(zhuǎn)動副或圓柱副添加運動副運動。 (3)運動約束 運動約束定義零件運動隨時間變化的函數(shù)。液壓缸的運動約束是沿液壓缸軸線方向的直線運動。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。 4．添加約束 ADAMS/View 提供了 3 中類型的約束；運動副約束、基本約束和運動約束。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 42 導(dǎo)入的模型 虛擬樣機的建立 1．布爾運算 為減少仿真的運算工作量 (即減少固定副的數(shù)目 )，可以對輸入的模型進(jìn)行布 27 爾運算，將固連在一起的零件合并為一個構(gòu)件。然后，在 ADAMS/View 中導(dǎo)入該文件， Parasolid 格式模型，可以進(jìn)行布爾計算，可以直接結(jié)算構(gòu)件的質(zhì)量信息，可以捕捉到模型的幾何特征，如圓心、頂點等信息，這些對于后面的建立運動副、柔性連接等都很方便。 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(shè)置成 mmKs。 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(jìn)行仿真分析。從圖可以看出：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換文件只是一個“ 形式”，重要的是系統(tǒng)提供的處理器，如果兩個系統(tǒng)的處理器相互間不能完全識別所產(chǎn)生的文件，那么數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就會出現(xiàn)問題。 從 Pro/E 到 ADAMS 的圖形文件傳遞可以通過兩種方法進(jìn)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(dǎo) 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。 仿真模型的導(dǎo)入 在 ADAMS 中模型的建立通常有兩種方法：一種是使用 ADAMS/View 中的零件庫創(chuàng)建模型；另一種方法是使用 ADAMS/Exchange 模塊從其他 CAD 軟件導(dǎo)入模型。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(jìn)行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平臺。 ADAMS 軟件由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱 5 類模塊組成。裝配好后的整機模型如圖 312 所示。因此本文采用虛擬裝配方式。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。多組件裝配模式是將部件的所有數(shù)據(jù)復(fù)制到裝配體中，裝配體中的部件與所引用的部件不具有關(guān)聯(lián)性。從零件文件中生成各種零件，無需重新構(gòu)造，可以對零件產(chǎn)生細(xì)小的變化而無需用關(guān)系改變模型。除了可以在“ 族表 DONG BI”對話框中編輯新的實例外，還可以在 Excel 表格中直接添加新的實例，單擊“ 族表 DONG BI”對話框中的“用 Excel 編輯當(dāng)前表” 命令 ，系統(tǒng)打開 Excel，如圖 311 所示。 a） b） 圖 39 然后單擊“ 預(yù)覽”