基于auocad的装载机工作装置仿真研究

基于auocad的装载机工作装置仿真研究

11.安装和工作设备的设计要求安装和工作设备的设计要求满足以下性能要求。(1)连杆机构使扩大举升机构铲斗举升平动性能是指铲斗装满物料在动臂的举升过程中,为了避免物料散落,要求连杆机构使铲斗接近平动。在设计中要求铲斗相对于水平面转动角度≤10°。(2)自动驾驶性能铲斗自动放平性能是指铲斗在最高位置卸载后,铲斗由最高位置下放到地面时,铲斗斗底要求与地面重合。(3)盘斗斗底与水平面的夹角高位卸载角度的要求是指铲斗在最高位置卸载时,为了使物料正常卸载,铲斗斗底与水平面的夹角应≥45°。除了以上性能外,由于工作装置是由杆件构成的连杆机构,为了防止杆件在运动过程中出现死点和自锁现象,各传动构件之间传动角应≥10°。2钢盘多杆件组成补连连塔板的持续扩大运动装置,根据机装载机的工作装置主要由铲斗、动臂、摇臂、连杆以及转斗油缸和动臂油缸等组成。工作装置作业过程中有4种工况:插入工况Ⅰ、铲装工况Ⅱ、最高位置工况Ⅲ和高位卸载工况Ⅳ。根据装载机的工作及相关设计规定要求,确定最大卸载高度、最小卸载距离和高位卸载角等。并采用AutoCAD确定各杆件的长度及各杆件的铰接点位置(见图1),具体步骤为:(1)以铲斗斗尖为坐标原点,确立XOY坐标系,并绘制铲斗二维图形;(2)确定动臂与机架的铰接点A,G点是工作装置在低位工况(即工况Ⅰ和工况Ⅱ)时动臂和铲斗的铰接点,G′点是工作装置在高位工况(即工况Ⅲ和Ⅳ)时动臂和铲斗的铰接点。G和G′点同在以A点为圆心,动臂AG长为半径的圆弧上,所以A点必在GG′的垂直平分线上。A点的高度越低,整机工作的稳定性越好;(3)连杆与铲斗和摇臂的2个铰接点F、E的确定。要求连杆与摇臂的铰接点E在收斗状态时不能与前桥相碰,且传动角不能<10°。当传动角取20°,最小离地高度取350mm时,由作图知,1270mm<BE<1300mm,BE=1280mm。3装配控制功能SolidWorks是基于特征的参数化实体建模软件,既具有易于掌握的用户界面和命令菜单,又具有强大的实体建模功能和装配控制功能。SolidWorks建模特征操作方便,装配约束容易理解,数据转换接口丰富,为各类机械装备的设计提供了一个良好的平台。根据图1中所确定的各杆件线性尺寸,用SolidWorks分别建立动臂、连杆、摇臂、油缸的三维实体模型,并使用不同类型的装配命令将各实体零部件进行装配,完成装载机整体工作装置的三维模型,如图2所示。4运动副驱动的设定装载机工作装置的作业循环过程:在0~2s内,动臂油缸闭锁,转斗油缸伸长,铲斗铲取物料;2~8s内,转斗油缸闭锁,动臂油缸伸长,实现物料的举升;8~10s内,动臂油缸闭锁,转斗油缸收缩,实现物料的卸载;10~14s内,转斗油缸闭锁,动臂油缸收缩,实现铲斗的自动放平。作业循环过程中由动臂油缸和转斗油缸的行程变化驱动完成。利用SolidWorks软件中的Cosmosmotion插件对装载机工作装置进行仿真分析,可以模拟真实的工作过程,预测工作装置的设计对工作性能的响应情况。采用Cosmosmotion所提供的阶跃函数STEP(TIME,t1,x1,t2,x2)来完成运动副驱动的设定。通过分析装载机工作装置的循环过程,可以得到动臂油缸和转斗油缸的行程STEP阶跃函数中各参数的设置值。转斗油缸的STEP函数如下:动臂油缸的STEP函数如下:将STEP函数输入到SolidWorks所建立的运动副中,即可执行仿真任务,完成装载机工作装置由工况Ⅰ到工况Ⅳ、由工况Ⅳ到工况Ⅰ的整个作业循环。(1)铲斗平动性、高位卸载角度和自动放平性分析图3为铲斗斗底与水平面夹角变化曲线图,图中表明,在动臂举升过程中,2s处铲斗斗底与水平面夹角为50°,在约5s处该夹角达到最大60°,得出铲斗相对于水平面转动角度最大为10°,满足铲斗平动性要求;在11s处铲斗相对于水平面转动角度是51°,满足高位卸载角度要求;0s和14s铲斗相对于水平面的角度相同,工作装置满足自动放平的设计要求。(2)各传动构件之间传动角分析图4分别表示了铲斗与连杆的传动角∠GFE、动臂油缸与动臂的传动角∠MHA和连杆和摇臂的传动角∠FEB在整个作业过程中的变化情况。∠GFE在2s时达到最小值为60°,∠MHA在8s时达到最小值39°,∠FEB在10s时达到最小值23°。可以看出,传动角均符合>10°的要求。(2)装载机工作装置的动力学仿真工作装置所受的外载荷主要有铲取阻力Fsh和物料重力Fg。其中,物料重力Fg的方向始终垂直向下,铲取阻力Fsh始终与铲斗齿尖相垂直,并随着铲斗翻转而不断地变化,同样采用STEP函数对工作装置施加外载荷,物料重力和铲取阻力的STEP函数分别设置为:(1)动臂油缸受力分析如图5所示,在0s时,铲取阻力最大,动臂油缸受力最大为700kN;2~8s动臂油缸举升,由于传力比变化不大,动臂油缸受力变化平稳;8~10s铲斗卸载,动臂油缸受力减小到最小值6.3kN。(2)转斗油缸受力分析如图6所示,转斗油缸受力变化趋势与动臂油缸基本一致,0s时,铲取阻力最大,转斗油缸受力最大值为720kN;8~10s铲斗卸载,转斗油缸受力减小到最小值为0.42kN。5负载工作装置性能分析通过对装载机工作装置各杆件的尺寸确定和三维建模以及运动学和动力学仿真分析,输出了装载机工作装置的运动位移和受力曲线,可以有效地分析装载机工作装置的性能响应情况,同时为其他类机械设计提供了技术借鉴。利用SolidWorks软件进行产品的设计与仿真,对现代