基于adams的矿用全液压装载机动力学仿真分析

基于adams的矿用全液压装载机动力学仿真分析

1构件组成装载工作装置包括框架、栏杆、移动臂、倾斜手臂、框架、框架的滑动框架、旋转斗的活塞杆、旋转豆的油藏、，杨升活塞杆、杨升油藏、。在建立实体模型时,本文以西安科技大学机械工程学院自行研制的ZLY06矿用防爆装载机为例,应用功能强大的集CAD/CAM/CAE为一体的三维造型软件Pro/E创建样机的实体模型,如图1所示,具体建模过程这里不再做详细叙述。2在英雄环境中构建覆盖层模型(1)模型导入adams尽管ADMAS软件自带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费大量的时间来完成建模工作,而且不能保证尺寸和装配精度,因此本文将PRO/E中建立好的装载机样机几何模型保存为“*x_t”格式后导入ADAMS中,导入之前应对PRO/E模型的单位进行修改,保持与ADAMS单位的一致。在ADAMS/view环境下对样机几何模型添加约束、对材料进行定义、施加载荷以及驱动。本文研究的重点是装载机前车架部分,因此在ADAMS环境下对整机模型进行了简化处理。在装载机前车架工作装置中定义了11个刚体,包括:1个转斗液压缸筒、1个转斗液压缸活塞、2个动臂举升缸缸筒、2个动臂举升缸活塞、铲斗、车架、动臂、摇臂、连杆,根据部件间的运动关系,去除动臂液压缸筒与动臂的虚约束,共定义了2个移动副、9个转动副以及机架与地面间的固定副。(2)基于adams的液压缸驱动设置装载机是通过油缸活塞的伸缩来实现各种动作,故在液压缸与活塞杆间的移动副上添加驱动会使活塞杆和缸筒在特定时间内产生相对移动,采用ADAMS系统提供的阶跃函数step来完成液压缸的驱动设定,驱动函数的时间是根据实际工况以及经验数据所得(装载机一个工作循环一般不超过20s),液压缸活塞的驱动位移是根据其实际运动工况而定。定义转斗液压缸的驱动函数motion_1为:定义动臂举升缸的驱动函数motion_2为:液压缸驱动函数图像如图2所示。(3)物料重力式的结果装载机在一个工作循环过程中所包含的阻力主要包括插入堆料时所克服的阻力Fin,铲取物料提升物料时所克服的切削阻力Fsh,物料与铲斗间的摩擦阻力以及物料的重力Fg,这些力构成了装载机作业过程中的外部载荷。(1)物料重力Fg是由该装载机的装斗容量确定的,该装载机的装斗容量为0.3m3,一般煤的密度为1.3×103kg/m3,由此得到物料重力式中mr——装载机铲斗额定载重量。物料重力垂直作用于铲斗底部几何中心处,当装载机插入工况结束开始转斗即在2~4s物料重力Fg逐渐增大,在收斗动作完成之后达到最大值,在举升过程中保持不变,在卸料过程中逐渐变为0,在ADAMS中用step函数描述为:(2)插入堆料阻力式中K1——被铲物料的块度及物料的松散程度系数;K2——物料种类的影响系数;Bk——铲斗宽度;K3——散装堆料高度影响系数;该装载机主要用于矿山,所以K1、K2、Lc、Bk、K3、K4依次取0.75,1.2,70,113,1.15,1.1。铲斗插入过程中所受到的插入阻力是随着铲斗的运动逐渐增大的,即在0~2s所受阻力由0逐渐增大到10420.09N,作用于铲斗切削刃的中间处,在ADAMS中用step函数表示为:(3)剪切阻力式中Kτ——铲斗开始提升时物料的切削阻力,作用于铲斗切削刃的中间处,Kτ=35kPa。在ADAMS中用step函数表示为:插入阻力、剪切阻力以及重力的函数图像如图3所示。3模型的添加在ADAMS环境下,设置如下仿真条件:仿真时间为14s;使用ADAMS中自带的路面模型2d_flatRDF以及UAT轮胎模型,分别用式(4)添加插入阻力,式(5)添加剪切阻力,式(3)添加重力,式(2)添加动臂举升缸驱动,式(1)添加转斗缸驱动。本文主要对矿用全液压装载机在对称工况下所受到的力进行分析,对称工况下,用作用于切削刃中部的集中力代替,取装载机关键点为研究对象,分别取铲斗与举臂的铰点JOINT_1,举升缸与举臂的铰点JOIN_10,转斗缸与摇臂的铰点JOIN_6,仿真结果如图4所示。4扩大挖掘深度,保证拉拔受力通过对装载机进行动臂关键点的动力学分析,得出以下结论:(1)使用ADAMS软件建立了轮式装载机的三维模型,通过可视化对装载机满载的一个工作循环进行了仿真,实现了对机构运动机构的干涉检验,结果表明该样机无运动干涉;(2)JOINT_1、JOIN_6与JOIN_10所受力的变化趋势大致相同,随着装载机动作的进行,铲斗的挖掘深度逐渐延伸,此时主要为地面与土壤对铲斗的插入阻力,当处于2.5s左右的时候铲斗的插入动作完成,因此插入阻力逐渐下降;铲斗翻转动作完成后作用力迅速下降,随着铲斗的翻转在4s左右处达到最大值,这与装载机在真实工况下相符。动臂举升过程中所受到的力平稳;但在铲斗翻转卸载时,作用力上升,卸载过程持续6s,由于铲斗中物料突然卸载导致铲斗对大臂出现了刚性碰撞,使得作用力此时出现了突变。各铰点受力