【正文】 為一個(gè)重要分支的液壓挖掘機(jī)行業(yè)，應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)勢(shì)在必行。因此，一般工程施工中約有百分之六十五、百分之七十的土方量、露天煤礦中百分之八十的剝離量和采掘量都是用挖掘機(jī)完成的。它具有很高的生產(chǎn)效率和可靠的安全穩(wěn)定性，對(duì)于保證工程質(zhì)量、加快建設(shè)速度，有著重要作用。隨著液壓挖掘機(jī)市場(chǎng)的增大、產(chǎn)量的提高和使用范圍的擴(kuò)大，世界著名的挖掘機(jī)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。另外，對(duì)分析工作裝置的作業(yè)過程、鏟斗的運(yùn)動(dòng)狀況、檢驗(yàn)挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理等，都具有重要的理論和實(shí)際意義。通過CAD、CAE 軟件進(jìn)行準(zhǔn)確建模，動(dòng)態(tài)仿真、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析，然后進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，采用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)成為一種有效的方法。它己不能適應(yīng)現(xiàn)代挖掘機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。長期以來我國挖掘機(jī)設(shè)計(jì)一直沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，利用經(jīng)驗(yàn)公式首先做出一系列可行方案，然后在這些方案中找出一個(gè)比較好的投入生產(chǎn)。液壓系統(tǒng)和元件的設(shè)計(jì)技術(shù)、大尺寸高壓油缸的制造技術(shù)、整體性能參數(shù)的測(cè)試技術(shù)缺乏，滿足不了國民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)工程發(fā)展的需要。對(duì)于大中型液壓挖掘機(jī)尚處于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，試驗(yàn)研究工作薄弱，短期內(nèi)難以完成設(shè)計(jì)開發(fā)工作。從品種、規(guī)格、數(shù)量上滿足不了國內(nèi)市場(chǎng)需要。如何盡快縮短這種差距，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平已成為挖掘機(jī)制造企業(yè)的迫切要求。因此，對(duì)國產(chǎn)挖掘機(jī)行業(yè)來說，引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和積極采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)迫在眉睫。國外挖掘機(jī)行業(yè)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料，加快了向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展的步伐。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jī)完成的。近年來，隨著電子計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，有限元分析技術(shù)和虛擬樣機(jī)技術(shù)在挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中得到了廣泛使用，國內(nèi)外的研究人員對(duì)此也做了大量的研究工作與探索。s modernization of playing an important, the hydraulic excavator has a range, many functions, high quality and high efficiency, etc, by the construction unit. the manufacturer of wellknown in the design of the hydraulic excavator on the way to the research and technology application of electronic puters, domestic producers are more stops, in the copying. System puteraided designing applications were not widely, immature, so the traditional approach has been very difficult to satisfy the needs of the design and manufacture, a puteraided technology to the whole system design, are the enterprises shall achieve rapid design best.This paper work device for excavator model, assembly and to move his arm for parameterization analysis. then the entire model to analyse how the dynamics emulation software adams, set up a virtual sample model for excavator for the excavation process of learning and imitation analysis. kineticsVirtual sample technology will be introduced to areas of design analyses excavator and greatly improve the design of the product design and quality efficiency and reduce product development cycles, and the development costs. the improvement of the existing product design, or the development of new products development to do the design of the product quality is a practical significance. Key word : Hydraulic excavator Parametric Simulation ADAMS Analysis 目錄第一章 緒論 1 課題的研究背景 1 2 3第二章 虛擬樣機(jī)技術(shù) 5 虛擬樣機(jī)技術(shù)概述 5 ADAMS概述及其仿真技術(shù) 8 ADAMS建模、仿真的步驟 10第三章 基于PRO/E的液壓挖掘機(jī)參數(shù)化建模 12 液壓挖掘機(jī)概況 12 參數(shù)化建模與特征建模 14 參數(shù)化軟件PRO/ENGIEER介紹 15 16 參數(shù)化的具體實(shí)現(xiàn) 20 工作裝置的裝配 24第四章 基于ADAMS的液壓挖掘機(jī)仿真 25 挖掘機(jī)工作裝置的仿真 25 仿真分析概述 29 工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析 30 工作裝置的動(dòng)力學(xué)仿真 37　仿真分析及結(jié)果后處理 41第五章 總結(jié) 47參考文獻(xiàn) 48致謝 4949第一章 緒論 課題的研究背景液壓挖掘機(jī)作為一種重要的工程機(jī)械使用在土石方施工和礦山采掘工業(yè)中，它有別于其他機(jī)械設(shè)備，它的工作環(huán)境惡劣，常工作在地質(zhì)情況復(fù)雜、載荷情況多變、大氣條件差的條件下。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(duì)提高此類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量很有實(shí)用意義。然后將整個(gè)模型導(dǎo)入到多體動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件ADAMS中，建立虛擬樣機(jī)模型，對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行順序動(dòng)作和復(fù)合動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真分析。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(cè)繪仿制階段，系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用還不夠廣泛，不夠成熟,因此傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已很難滿足設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的需要，只有將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)融入到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，才是企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)的最佳方案。摘要在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)全球化、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的時(shí)代，在新產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間逐漸縮短的同時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量成為企業(yè)能否在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取勝的關(guān)鍵因素。挖掘機(jī)作為一種高效的施工設(shè)備，在當(dāng)今中國大規(guī)模的現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著重要用，液壓挖掘機(jī)具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點(diǎn)，受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。本論文對(duì)挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行建模、裝配，并對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行參數(shù)化分析。將虛擬樣機(jī)技術(shù)引入到挖掘機(jī)設(shè)計(jì)分析領(lǐng)域，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)成本。關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī) 參數(shù)化 仿真 ADAMS 分析For parameterization technology hydraulic excavator modeling and body movements analysis Abstract In the current economic globalization and market petition is fierce, in the new product development time reduced gradually, the quality of products and bee enterprise will be in the intense market petition to win the key factor .Excavator as a kind of efficient construction equipment, in modern china39。因此，其可靠性備受關(guān)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(jié)構(gòu)安全性更要進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)證。挖掘機(jī)是一種常用的、重要的工程機(jī)械，在國民經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(jī)械化施工中，對(duì)減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程質(zhì)量，加快建設(shè)速度，按時(shí)完成工期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率都起著非常重要的作用。當(dāng)前，國際上挖掘機(jī)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。相對(duì)而言，國產(chǎn)挖掘機(jī)行業(yè)的總體水平還比較落后，在設(shè)計(jì)水平、技術(shù)層次上更是與小松、卡特、日立等國際知名廠家的差距達(dá)10 年之久。目前，我國挖掘機(jī)制造企業(yè)普遍存在產(chǎn)品更新?lián)Q代慢的問題，總體產(chǎn)品質(zhì)量低于國外同類產(chǎn)品。國內(nèi)液壓挖掘機(jī)開發(fā)存在著一定的缺陷，國產(chǎn)液壓挖掘機(jī)數(shù)量少，中型設(shè)備較少，大型設(shè)備在我國尚屬空白。從產(chǎn)品技術(shù)水平、可靠性、制造質(zhì)量與國外液壓挖掘機(jī)有較大差距。配套件的質(zhì)量和可靠性差，使用壽命短。國外獨(dú)資或合資企業(yè)產(chǎn)品雖然價(jià)格較貴，但因其技術(shù)含量較高，依然占據(jù)國內(nèi)市場(chǎng)的份額。這種方法工作量大，設(shè)計(jì)周期長，設(shè)計(jì)質(zhì)量低，而且得出的方案也不一定是最優(yōu)方案。在挖掘機(jī)設(shè)計(jì)過程中，機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定是一件非常復(fù)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(jìn)的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的工作參數(shù)，進(jìn)而提高挖掘機(jī)設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品質(zhì)量、效率和競(jìng)爭(zhēng)能力?；谔摂M樣機(jī)技術(shù)的液壓挖掘機(jī)工作裝置的動(dòng)態(tài)模擬仿真以及優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅可以驗(yàn)證工作裝置方案設(shè)計(jì)的合理性，而且可以檢驗(yàn)工作裝置各構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)過程中是否發(fā)生干涉，機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)是否最優(yōu)。這樣，可以在沒有制造真實(shí)樣機(jī)的情況下，設(shè)計(jì)人員通過三維虛擬樣機(jī)，一方面可以動(dòng)態(tài)顯示挖掘機(jī)工作裝置的各種作業(yè)工況及全部的作業(yè)過程，另一方面可以通過專業(yè)軟件自動(dòng)繪制出各種作業(yè)工況下齒尖運(yùn)動(dòng)軌跡，分析最大挖掘深度、最大卸載高度和最大挖掘半徑的位置及數(shù)值。從20世紀(jì)50年代生產(chǎn)第一臺(tái)全液壓挖掘機(jī)至今，挖掘機(jī)工作裝置已經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)成熟的階段。液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的產(chǎn)品代表，它具有重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、挖掘力大、傳動(dòng)平穩(wěn)、操縱簡(jiǎn)便、易實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速和自動(dòng)控制等系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水利電力工程、建筑工程、市政工程、礦山采掘以及國防等工程的施工中。據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計(jì)，～Ⅳ級(jí)土壤時(shí)，每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)于300400個(gè)工人一天的作業(yè)量。因此使得挖掘機(jī)在現(xiàn)代“挖土改水的建設(shè)中發(fā)揮中越來越重要的作用。在國外很多科研機(jī)構(gòu)和一些大型企業(yè)，都已經(jīng)對(duì)挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)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(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究方面，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了競(jìng)爭(zhēng)力。K公司引進(jìn)技術(shù)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(shí)間、經(jīng)濟(jì)性、燃油消耗率、施工成本等方面差距明顯。當(dāng)前，國際上液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)正向大型化、微型化、多能化、專用化和智能化的方向發(fā)展，應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料，加快了向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展的步伐，相對(duì)而言，雖然國內(nèi)液壓挖掘機(jī)行業(yè)近年來有很大發(fā)展，但總體水平與發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距，可喜的是國內(nèi)眾多的研究人員和單位對(duì)液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)進(jìn)行了不少研究，開發(fā)了設(shè)計(jì)軟件，為工作裝置設(shè)計(jì)參數(shù)分析和在CAD上自動(dòng)設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)和參考。隨著我國加入WTO，在國際化合作變得日益密切之際，對(duì)國內(nèi)液壓挖掘機(jī)行業(yè)來說，充分利用國際化配套、積極引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和積極采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)迫在眉睫。2．利用PRO/ENGINEER軟件繪制液壓挖掘機(jī)三維實(shí)體模型，然后對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行參數(shù)化分析。3．利用多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS對(duì)挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌跡及整機(jī)的工作范圍進(jìn)行仿真。 課題研究意義本論文對(duì)挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行建模、裝配，并對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行參數(shù)化分析。將虛擬樣機(jī)技術(shù)引入到挖掘機(jī)設(shè)計(jì)分析領(lǐng)域，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)成本。同時(shí)有利于推動(dòng)和促進(jìn)CAD技術(shù)在企業(yè)的深入發(fā)展和應(yīng)用。面對(duì)持續(xù)發(fā)展、風(fēng)云變幻的市場(chǎng)需求，企業(yè)為了提高自身競(jìng)爭(zhēng)力，必須盡快推出新產(chǎn)品，更新設(shè)計(jì)，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(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，這樣才能對(duì)瞬息萬變的市場(chǎng)需求做出敏捷反應(yīng)，從而在競(jìng)爭(zhēng)中獲得相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額和利潤。 虛擬樣機(jī)的基本概念虛擬樣機(jī)(Virtual prototype，簡(jiǎn)稱VP)技術(shù)是當(dāng)前設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，又稱為機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真(Mechanical System Simulation)技術(shù)，是國際上80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程新技術(shù)。利用該技術(shù)，工程設(shè)計(jì)人員可以直接利用CAD系統(tǒng)所提供的各零部件的物理信息(如質(zhì)量、質(zhì)心位置、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等)及幾何信息，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬裝配(定義零部件間的連接關(guān)系及其作用力、運(yùn)動(dòng)激勵(lì))，從而獲得產(chǎn)品的虛擬樣機(jī)模型，并對(duì)其進(jìn)行仿真分析，進(jìn)而在產(chǎn)品物理樣機(jī)試制出來之前就對(duì)其性能有一個(gè)大體了解，并可把仿真結(jié)果作為對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵零部件有限元分析的依據(jù)。 虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心理論工程中的研究對(duì)象大多是由大量零部件構(gòu)成的系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)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(duì)運(yùn)動(dòng)，研究中只關(guān)心這些結(jié)構(gòu)在受到載荷時(shí)的強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性。如航空航天器、操作機(jī)械臂、機(jī)器人等復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)。對(duì)于復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，研究其在載荷作用下各部件的動(dòng)力學(xué)響