裝載機(jī)工作裝置的建模與仿真

0推土、稱重、裝卸裝載是一種非常廣泛使用的工藝，主要用于貨物的清潔、運(yùn)輸、裝卸和平整處理。若換裝相應(yīng)的工作裝置,還可以進(jìn)行推土、起重、裝卸木料及鋼管等作業(yè)。工作裝置是裝載機(jī)的重要組成部分,裝載機(jī)的鏟裝、翻斗、提升、卸料都是通過(guò)工作裝置的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的,裝載機(jī)的工作裝置是由鏟斗、動(dòng)臂和用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗、升降動(dòng)臂的轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂油缸、連桿機(jī)構(gòu)組成。1pro/e接口裝載機(jī)工作裝置建模在Pro/E中實(shí)現(xiàn),利用Pro/E零件實(shí)體,裝配成裝載機(jī)運(yùn)動(dòng)部件,ADAMS軟件包提供了與Pro/E的接口模塊MECHANISM/Pro,它嵌入到Pro/E中,利用它在Pro/E環(huán)境中精確地定義剛體、運(yùn)動(dòng)副和載荷;然后將整個(gè)模型傳送給ADAMS,在ADAMS中完成其他仿真參數(shù)的設(shè)定,產(chǎn)生裝載機(jī)工作裝置的模型(見(jiàn)圖1),并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)/動(dòng)力學(xué)仿真。2模擬分析2.1動(dòng)力學(xué)仿真過(guò)程控制反轉(zhuǎn)六連桿裝載機(jī)工作裝置的典型工作過(guò)程可以分為以下4個(gè)階段:①收斗過(guò)程;②舉升過(guò)程;③卸料過(guò)程;④放平過(guò)程。可以用ADAMS中的STEP函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)工作裝置動(dòng)力學(xué)仿真過(guò)程的控制。對(duì)應(yīng)于工作過(guò)程的4個(gè)階段,仿真過(guò)程的控制也分4個(gè)階段進(jìn)行。在仿真過(guò)程的每個(gè)階段,模型的動(dòng)作由加在構(gòu)件上的傳感器(Sensor)來(lái)限制,以保證動(dòng)作準(zhǔn)確到位。這4個(gè)階段的動(dòng)作控制要通過(guò)STEP函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),下面針對(duì)工作裝置的每一個(gè)動(dòng)作階段具體說(shuō)明仿真過(guò)程。(1)基于osemotion的動(dòng)臂缸運(yùn)動(dòng)方程①為轉(zhuǎn)斗缸添加運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗缸伸長(zhǎng),鏟斗收斗;②在轉(zhuǎn)斗油缸上選擇Jiontc1圓柱副,右擊選擇彈出菜單中的Modify命令顯示運(yùn)動(dòng)副修改對(duì)話框;③點(diǎn)選ImposeMotion(s)...按鈕,顯示添加運(yùn)動(dòng)對(duì)話框;④選擇運(yùn)動(dòng)類型為disp(time)=;⑤可以在文本框中輸入所要添加的運(yùn)動(dòng)方程,也可以點(diǎn)選右邊的按鈕進(jìn)入運(yùn)動(dòng)方程編輯對(duì)話框,在此使用運(yùn)動(dòng)方程編輯對(duì)話框,輸入STEP函數(shù)如圖2所示,完成運(yùn)動(dòng)添加;⑥為動(dòng)臂缸添加運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)斗缸動(dòng)作時(shí),動(dòng)臂缸自鎖。其操作步驟同上,定義的運(yùn)動(dòng)方程為step(time,0,0,3,0);⑦進(jìn)行3s,步長(zhǎng)為0.01s的動(dòng)態(tài)仿真分析,此階段運(yùn)行后的模型如圖3所示。(2)關(guān)閉斗箱，打開(kāi)動(dòng)臂桶，向臂上舉，提升材料ep+目標(biāo)操作步驟同上,定義的運(yùn)動(dòng)方程為step(time,0,0,3,0)+step(time,3.1,0,7,4.29);為了增加動(dòng)作，從動(dòng)臂上升，從斗箱中取出自己的鎖添加的運(yùn)動(dòng)方程為step(time,0,0,3,2.5)+step(time,3,0,7,0);執(zhí)行時(shí)間為7s,步長(zhǎng)為0.01s的仿真分析,在第2階段運(yùn)行后動(dòng)臂、搖臂、鏟斗所處的位置如圖4所示。(3)防止轉(zhuǎn)臂缸自鎖運(yùn)動(dòng)方程,需要做實(shí)①為轉(zhuǎn)斗缸添加運(yùn)動(dòng),使轉(zhuǎn)斗缸伸長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)斗的翻轉(zhuǎn)。添加的運(yùn)動(dòng)方程為step(time,0,0,3,2.5)+step(time,3,0,7,0)+step(time,7.1,0,10,-4.5);②為動(dòng)臂缸添加運(yùn)動(dòng),使轉(zhuǎn)斗翻斗時(shí)動(dòng)臂缸自鎖,動(dòng)臂在舉升的位置保持不變。定義的運(yùn)動(dòng)方程為step(time,0,0,3,0)+step(time,3.1,0,7,4.29)+step(time,7.1,0,10,0);③進(jìn)行運(yùn)行時(shí)間為10s,步長(zhǎng)為0.01s的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析,在第3階段運(yùn)行后動(dòng)臂、搖臂、鏟斗所處的位置如圖5所示。(4)運(yùn)動(dòng)學(xué)要點(diǎn)tep①為動(dòng)臂缸添加運(yùn)動(dòng),動(dòng)臂缸收縮,動(dòng)臂下降,返回到初始狀態(tài)。添加的運(yùn)動(dòng)方程為step(time,0,0,3,0)+step(time,3.1,0,7,4.29)+step(time,7.1,0,10,0)+step(time,12,0,15,-4.29);②為轉(zhuǎn)斗缸添加運(yùn)動(dòng),動(dòng)臂在下降過(guò)程中,轉(zhuǎn)斗缸也收縮,鏟斗自動(dòng)放平,返回到初始挖掘狀態(tài)。添加的運(yùn)動(dòng)方程為step(time,0,0,3,2.5)+step(time,3,0,7,0)+step(time,7.1,0,10,-4.5)+step(time,12,0,15,2);③進(jìn)行運(yùn)行時(shí)間為15s,步長(zhǎng)為0.01s的仿真分析,在第4階段運(yùn)行后動(dòng)臂、搖臂、鏟斗都回到初始位置,其狀態(tài)如圖6所示。2.2模擬分析(1)連桿機(jī)構(gòu)舉升穩(wěn)定性裝載機(jī)在運(yùn)輸位置時(shí),鏟斗底板與水平面間的夾角為鏟斗的后傾角,一般推薦值為40～46°。為保證平移性,動(dòng)臂在舉升過(guò)程中,連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)能使鏟斗在收斗位置保持平移,使后傾角的變化量不大于15°。從表1可以看出,在動(dòng)臂舉升過(guò)程中后傾角在47～63°間變化,因此基本滿足平移性的要求。(2)裝卸角最大卸載高度是指動(dòng)臂在最大舉升高度、鏟斗成45°卸載角時(shí),其斗尖離地面的高度。從圖7可以看出,最大卸載高度為1335mm,基本達(dá)到設(shè)計(jì)需要。(3)機(jī)構(gòu)間的傳動(dòng)角連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性即保證各個(gè)工況不出現(xiàn)構(gòu)件相互干涉,各機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角不得小于15°。從圖8可以看出機(jī)構(gòu)間沒(méi)有相互干涉的地方。由以上測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出,工作裝置的性能基本達(dá)到要求,仿真結(jié)果比較符合實(shí)際。3動(dòng)力學(xué)仿真仿真本文利用