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拉臂式 垃圾车 改装 设计

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第29卷第5期VoL 29 No5 2008青岛理工大学学报Journal of Qingdao Technological University拉臂车工作系统液压一机械联合仿真研究刁 兵1，刘大维1，陈焕明1，赵清俊2(1青岛大学车辆T程系。青岛266071；2重汽集团专用汽车公司，青岛266031)摘要：利用三维实体建模软件ProE与机械系统动力学仿真分析软件ADAMS建立了拉臂车工作系统机械子系统、液压子系统模型，在ADAMS环境中利用参数关联技术，将两个子系统模型集成，建立拉臂车工作系统液压与机械一体化的虚拟样机模型，对工作系统作业过程进行仿真分析研究结果为预见设计方案的可行性及物理样机的试制提供参考，可提高产品开发速度和精度，降低开发成本关键词：拉臂车；工作系统；液压一机械复合系统；虚拟样机中图分类号：U4696 文献标志码：A 文章编号：1673-4602(2008)05-0111一04A Study of Hydrostatic and Mechanical Co-Simulationfor the Hookl i ft Operation SystemDIAO Bin91，LIU Daweil，CHEN Huan-min91，ZHAO Qing-j an2(1Automobile Engineering Department，Qingdao University，Qingdao 266071，China；2Special Truck Company，Heavy Motor Vehicle Group，Qingdao 266031，China)Abstract：The mechanical system and the hydrostatic system of a hooklift are built using thesoftware of ProE and ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)Thehydrostatic and mechanical virtual hooklift model is established by the integration of the tWOsystems through parameter correlation technology under ADAMS environment and a 1arge amount of kinematic and dynamic simulations and analyses are carried outIt is expected touse the results to predict the feasibility of the design plan and trialproduction of the physicalprototype SO as to raise the speed and precision of product development and reduce the development costKey words：hooklift；operation system；hydrostatic and mechanic composite system；virtualprototype拉臂车是一种箱体可卸式垃圾转运车辆，其车载工作系统通过连杆机构实现箱体自动装卸和垃圾的倾卸我国拉臂车的研究起步较晚，自主研发能力较差，大规格的拉臂车还主要依靠进口近年来，虚拟样机技术作为一种新兴的设计手段，被越来越多地应用于工程设计和机械系统性能研究n5|应用数字化虚拟样机技术能有效地克服传统物理样机开发模式的缺陷，加快产品开发速度，节约开发成本，为机一液复合系统设计、产品复合性能评价提供了一种有效的手段借此技术，工程设计人员可在收稿日期：2008一0429基金项目：青岛市科技局工业攻关项目(051-GX-23) 作者简介：刁兵(1983一)。男，山东青岛人硕士，主要从事虚拟样机技术应用研究E-mail：diaobin92003yahoocom饥万方数据nts112 青岛理工大学学报 第29卷建造物理样机之前，在计算机上建立虚拟样机模型，模拟现实环境下系统的运动和动力特性，并根据仿真结果对各种设计方案进行快速优化对比，在设计早期就能确定关键的设计参数，预测产品系统性能，以减少产品开发阶段物理样机的试制、试验次数，节省设计经费，缩短设计周期，提高产品质量及产品系统性能笔者以某公司研制中的拉臂车工作系统机一益 (a)箱体装卸 (b)垃圾倾卸图1拉臂式垃圾车作业工况一液复合系统建模为例，利用特征造型软件ProE和机械系统动力学仿真分析软件ADAMS建立拉臂车工作系统液压一机械复合系统的虚拟样机模型，对工作系统作业过程进行联合仿真分析1拉臂车工作系统虚拟样机模型的建立11拉臂车工作系统工作原理图1为拉臂车作业工况图，其作业过程可分为箱体装卸作业和垃圾倾卸作业拉臂车工作系统(见图2)，主要由举升油缸、拉臂、伸缩油缸、翻转架、锁紧架和副车架等部件组成整箱装卸工况中，举升油缸与伸缩油缸相互配合完成作业装箱时，举升油缸回缩将箱体提升至副车架水平位置，然后伸缩油缸伸出，箱体平移后完全落在副车架上；箱体卸下时，伸缩油缸缩回，使箱体后移，然后举升油缸伸出，将箱体卸下垃圾倾卸时，拉臂与翻转架耦合为一体，举升油缸伸出倾卸箱内垃圾12模型假设在建立拉臂车工作系统虚拟样机模型时，做如下假设：(1)在装卸过程中，只考虑运动构件和垃圾箱内物料对其性能的影响，不考虑风力的影响；1-$升油缸；2托臂；34申缩油缸；4-翻转架；5-锁紧架；6-副车架图2拉臂车工作系统(2)将工作系统副车架认为是刚体固定在拉臂车底盘车架上，不考虑车架、悬架、轮胎和地面变形等对工作系统性能的影响13机械系统建模ADAMS软件中提供了三维几何建模的工具，但其功能较弱，对于复杂的三维模型需要花大量的时间来完成建模工作，且不能保证模型的尺寸精度和装配位置精度笔者采用ProE实体设计软件完成工作系统机械系统三维实体建模工作，把建好的三维实体模型导入ADAMSView环境中，在A阻(a)箱体装卸 (bJ倾卸垃圾图3机械系统虚拟样机模型AMSView环境下对样机几何模型添加约束、载荷等图3所示为箱体装卸作业和垃圾倾卸作业两种工况的机械系统虚拟样机模型14液压系统建模液压系统模块ADAMSHydraulics是ADAMS软件的扩充模块之一，可利用ADAMSHydraulics模块建立工作系统液压系统模型将液压系统和机械系统通过液压缸相连接，利用参数关联起来就将液压系统与机械系统模型虚拟结合到一块，对工作系统进行动态特性联合仿真分析虽然拉臂车工作系统的液压系统很复杂，但是具体分到每个工作回路，其工作原理除了执行元件的不同(液压缸)外其他都是相同的根据需要对液压油路进行了简化，并按功能划分为结构相似的起吊箱体、箱体平移、举升卸载、卸下箱体4个工作回路图4所示为简化的起吊装箱液压工作回路模型，其他几个回路与此类似起吊箱体时，换向阀由中位万方数据nts第5期 刁兵，等：拉臂车工作系统液压一机械联合仿真研究 113移至左位(下)时，液压油直接进入液压缸上腔，使活塞向下运动，从液压缸下腔流出的油通过背压阀回到油箱，如达到一定压力，则向液压缸上腔补油；当换向阀由中位移至右位(上)时，压力油经单向阀进入液压缸底部，液压缸上腔里的液压油回到油箱，活塞向上运动，举升箱体倾卸垃圾2仿真分析仿真分析时，假定垃圾集装箱满载质量16 000kg，液压系统最大压力夕一35 MPa，液压缸活塞直径D=140 mm，活塞杆直径d=75 mm；箱体滚轮与地面和箱体与车架上滚轮接触处的静摩擦系数为015，动摩擦系数为00521油缸作用力分析图5为举升油缸作用力变化曲线起吊阶段(图5(a)，举升油缸活塞杆收缩，油缸作用力在起吊箱体瞬间迅速增大，随着箱体逐渐脱离地面被吊起，油缸作用力开始下降；当箱体被吊至与车架上滚轮相接触时，油卜油箱；2液压泵；3嵌向阀；4背压阀；5-单向阀；6蛐缸图4起吊装箱液压回路模型缸作用力突然增加(拉臂转角为106。)，之后又开始下降；当拉臂转角为141o时，在箱体重力作用下油缸作用力方向开始变化，增大到另一个峰值举升倾卸垃圾阶段(图5(b)，在换向阀芯打开的瞬间，油缸作用力迅速增加，随着箱体被举起，油缸作用力开始下降芝2油缸油腔压力分析图6为举升油缸无杆腔和有杆腔压力曲线起吊阶段(图6(a)，油缸活塞杆收缩，无杆腔油液受压，随着吊箱阻力的不断增大而增大举升倾卸垃圾阶段(图6(b)，油缸活塞杆伸出，无杆腔压力刚开始突然增大，随后逐渐减弱，无杆腔压力始终大于有杆腔压力，差值逐渐减小；油缸力也逐渐减小(图5(b)藿穴垂曩一瞿邕是拉臂转角a，(。)(a)起吊箱体藿荟誊爱图5油缸作用力变化曲线。：二：二!三!三!主：二：二二：二二二 p。拉臂转角a，(。)a)起吊箱体举升角a(o)(b)倾卸垃圾图6油缸压力变化曲线万方数据nts114 青岛理工大学学报 第29卷23拉臂钩作用力分析 图7所示为起吊过程中拉臂钩头的作用力曲线从图7可看出，起吊开始瞬间，由于需克服箱体与地面的摩擦阻力，拉臂钩头的作用力迅速增大；当箱体的前部脱离地面后(拉臂转角为336。)，拉臂钩头的作用力减小，但下降幅度较小；当箱体与车架上的导向滚轮相接触时(拉臂转角为106。)，由于箱体与滚轮之间产生接触冲击，而使拉臂钩头的作用力产生波动，最大作用力出现在箱体后部脱离地面时(拉臂转l1藿-荟萎篓拉臂转角a(。)图7起吊时拉臂钩头作用力与拉臂转角的关系角为1069。)；随着箱体逐渐被放置到水平位置，拉臂钩头作用力不断减小3 结束语通过对拉臂车工作系统液压一机械系统分别建立虚拟样机模型，利用参数关联技术使机械系统和液压系统成为有机的整体，实现了工作系统机一液复合系统的联合动态仿真分析，打破了单纯机械设计的局限性，仿真结果为物理样机的试制及其他型式机一液复合系统的设计和研究提供参考可以用于研究液压系统、机械系统参数改变对整机系统性能的影响及拉臂车工作系统设计、系统优化和方案论证，加快拉臂车产品的开发速度，降低开发成本，提高市场竞争力参考文献(References)：-13耿凯辉，钱志博，李斌茂采用虚拟样机技术的凸轮活塞发动机关键部件的设计J工程图学学报，2007(6)：2629GENG Kai-hui，QlAN Zhi-bo，LI Bin-maoKey components design of cam-piston engine by using virtual prototype technologyJJournal of Engineering Graphies，2007(6)：26292孟祥德，詹隽青，李立顺自装卸系统虚拟样机设计与仿真分析口现代制造工程，2007(1)：47-49MENG Xiang-de，ZHAN Jun-qing，LILi-shunDesign and simulationanalysisforvirtual prototypeof self-loadingand unloading systemJModern Manufacturing Engineering，2007(1)：4749Is李同焕王智明。高秀华虚拟样机技术在轮式装载机设计中的应用研究J建筑机械，2006(12)：7476LI Tong-huan。WANG Zhi-ming，GAO Xiuhum Study on application of virtual prototyping technology to development of wheel loaderJConstruction Machinery，2006(12)：74764时培成，王幼民，王立涛，等挖掘机液压一机械复合系统建模与仿真研究J机械传动，2007，31(3)：2629SHI Peicheng，WANG You-rain，WANG Lbtao，et aL Study on modeling and simulation of 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