基于機(jī)液聯(lián)合仿真的挖掘機(jī)負(fù)載獨(dú)立流量分配系統(tǒng)動態(tài)特性研究_圖

1、分類號 U D C.密級編號串I初大學(xué) CENTRAL SOUTH UNIVERSITY碩士學(xué)位論文論文題目基于機(jī)液聯(lián)合仿真的挖掘機(jī)負(fù)載獨(dú) 立流量分配系統(tǒng)動態(tài)特性研究 學(xué)科、專業(yè) 機(jī)械電子工程研究生姓名 彭勇導(dǎo)師姓名及:I.:、:、原創(chuàng)性聲明本人聲明,所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工 作及取得的研究成果。盡我所知,除了論文中特別加以標(biāo)注和致謝的 地方外,論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包 含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我共 同工作的同志對本研究所作的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明。作者虢雄吼址年互嗶日關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)說明本人了解中南

2、大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,即:學(xué)校 有權(quán)保留學(xué)位論文,允許學(xué)位論文被查閱和借閱;學(xué)?？梢怨紝W(xué)位 論文的全部或部分內(nèi)容,可以采用復(fù)印、縮印或其它手段保存學(xué)位論 文;學(xué)?？梢愿鶕?jù)國家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文。作者簽名:棹導(dǎo)師簽名:日期:叢年立月 摘要液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的主要機(jī)種之一,負(fù)載獨(dú)立流量分配系統(tǒng) 作為挖掘機(jī)的典型液壓控制模式,運(yùn)用越來越廣泛,但該液壓系統(tǒng)中 存在負(fù)荷傳感(Load.Sensing,簡稱LS反饋控制回路,易產(chǎn)生LS 反饋振蕩,穩(wěn)定性較差。對該系統(tǒng)動態(tài)特性進(jìn)行分析研究,并得到減 弱系統(tǒng)LS反饋振蕩、提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的改進(jìn)措施,具有重要的現(xiàn) 實(shí)意義。論文的主要

3、工作如下:運(yùn)用Pro/E軟件建立挖掘機(jī)工作裝置的三維實(shí)體模型,將其導(dǎo)入 動力學(xué)仿真軟件ADAMS中,建立液壓挖掘機(jī)工作裝置的動力學(xué)仿真 模型,并通過仿真對比分析驗證該模型的正確性。分析挖掘機(jī)負(fù)載獨(dú)立流量分配系統(tǒng)各主要元件的內(nèi)部構(gòu)造原理 及建模依據(jù),運(yùn)用AMESim建立負(fù)載獨(dú)立流量分配系統(tǒng)的仿真模型, 介紹ADAMS和AMESim軟件聯(lián)合仿真原理和使用方法,通過聯(lián)合 仿真模塊連接挖掘機(jī)工作裝置的動力學(xué)模型和挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)模型, 得到聯(lián)合仿真模型。運(yùn)用ADAMS和AMESim軟件聯(lián)合仿真,對采用負(fù)載獨(dú)立流量 分配系統(tǒng)的挖掘機(jī)在空載下的單動作和復(fù)合動作進(jìn)行仿真分析,通過 仿真結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分

4、析,驗證聯(lián)合仿真模型的正確性;分 別在空載、挖掘、裝卸回位三種不同工況下進(jìn)行仿真分析,得到不同 工況對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響;以挖掘工況為例,進(jìn)行仿真分析得到了 減弱系統(tǒng)LS反饋振蕩、提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的改進(jìn)措施,并為系統(tǒng)LS 閥特性參數(shù)設(shè)定提供了依據(jù)?？傊?論文為液壓挖掘機(jī)負(fù)載獨(dú)立流量分配系統(tǒng)的動態(tài)特性研究 提供了一套完整的理論和方法,具有一定的新穎性和先進(jìn)性。關(guān)鍵詞液壓挖掘機(jī),負(fù)載獨(dú)立流量分配,聯(lián)合仿真,動態(tài)特性 AB STRACTHydraulic excavator is one of main types of construction machinery. As a typical co

5、ntrol mode of the hydraulic excavator,Load Independent Flow Distribution system iS used more and more extensive.However, there is a load-sensing(LSfeedback control loop in the hydraulic system,SO it is easy to produce LS feedback oscillation,and less stable.To analysis the dynamic characteristics of

6、 the system,and get improvements that weaken the LS feedback oscillation of the system and improve the response speed of the system,which haS important practical significance.The main research work as follows:Building the threedimensional solid model of excavator working device with Pro/E software a

7、nd importing into the dynamic simulation software ADAMS have successfully established a dynamic simulation model of hydraulic excavator working device.And the correctness of the model iS verified by the comparative analysis between the result of the simulation and the design value.It also analyses t

8、he intemal constructionS principle of main components and the basis of building model.The application of AMESim establish a simulation model of load.independent flow distribution system.This article also describes the principles and the use of CO.simulation software ADAMS and AMESim.Through the conn

9、ecting of dynamic model of excavator working device with the hydraulic system model by COsimulation module,we can obtain the CO.simulation model.con&ion,in excavating condtion and in back-bitoperating condtion.,andthe influence that three different condtion cause to the dynamic characteristics o

10、f the system iS obtained.Take the excavating condtion for example,improvements thatweaken the LS feedback oscillation of thesystem and improve the reSponse speed of the system have been got through simulation.、vhich provide a basis for setting parameters of LS valve.In short,the thesis for the resea

11、rch of loadindependent flowdlstrlbution systemS dynamic characteristics ofhydraulic excaVatorProVldes a complete set of theories and methods and it alsoprovide several advanced and novel ideas. 一KEY WORDS HydraulicExcavator,Load Independent FIow Distribution,CoSimulmion,Dynamic Characteristics目錄摘要.i

12、 ABSTRACT.ii 目錄.iv 第一章緒論.1 1.1選題的背景及意義.1 1.2負(fù)載獨(dú)立流量分配系統(tǒng)概述.2 1.3國內(nèi)外液壓系統(tǒng)動態(tài)特性研究概況.4 1.3.1分析液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的方法.4 1.3.2液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)發(fā)展概況4 1.4聯(lián)合仿真概述.5 1.5液壓系統(tǒng)動態(tài)特性研究的內(nèi)容及評價指標(biāo).6 1.5.1液壓系統(tǒng)動態(tài)特性研究的內(nèi)容.6 1.5.2液壓系統(tǒng)動態(tài)特性研究的評價指標(biāo)7 1.6論文研究的主要內(nèi)容.8第二章液壓挖掘機(jī)工作裝置模型的建立.9 2.1液壓挖掘機(jī)概述9 2.2挖掘機(jī)工作裝置動力學(xué)仿真模型的建立10 2.2.1Pro/E中挖掘機(jī)三維實(shí)體模型的建立10 2.2.2A

13、DAMS/View環(huán)境下動力學(xué)仿真模型的建立.12 2.3挖掘機(jī)工作裝置動力學(xué)仿真模型的驗證.14 2.4本章小結(jié)17第三章 液壓挖掘機(jī)負(fù)載獨(dú)立流量分配系統(tǒng)模型的建立.18 3.1負(fù)載敏感泵分析與建模.18 3.1.1負(fù)載敏感泵基本原理分析.18 3.1.2負(fù)載敏感泵建模理論.20 3.1.3負(fù)載敏感泵模型的建立22 3.1.4負(fù)載敏感泵模型的驗證25 3.2多路閥結(jié)構(gòu)原理分析與建模.27 3.2.1多路閥的結(jié)構(gòu)及原理.27 3.2.2多路閥建模理論293.2.3多路閥模型的建立.30 3.2.4多路閥模型的驗證.31 3.3液壓缸摩擦力分析及建模33 3.4聯(lián)合仿真模塊的生成.36 3.5聯(lián)

14、合仿真模型的建立.38 3.6本章小結(jié).39第四章系統(tǒng)聯(lián)合仿真及動態(tài)特性研究一41 4.1單動作仿真分析.41 4.1.1鏟斗單動作仿真分析.4l 4.1.2斗桿單動作仿真分析.43 4.2鏟斗、斗桿復(fù)合動作仿真分析.44 4.3系統(tǒng)動態(tài)特性研究47 4.3.1單動作時系統(tǒng)動態(tài)特性研究.48 4.3.1.1不同工況下的動態(tài)特性研究.48 4.3.1.2參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響.51 4.3.2復(fù)合動作時系統(tǒng)動態(tài)特性研究56 4.4本章小結(jié).60第五章實(shí)驗研究62 5.1用于計算液壓缸摩擦力的數(shù)據(jù)的測定62 5.1.1實(shí)驗?zāi)康呐c內(nèi)容62 5.1.2實(shí)驗過程及結(jié)果62 5.2用于驗證聯(lián)合仿真模型的

15、數(shù)據(jù)的測定63 5.2.1實(shí)驗?zāi)康呐c內(nèi)容63 5.2.2實(shí)驗方案63 5.2.3實(shí)驗結(jié)果及分析65 5.3本章小結(jié).66第六章總結(jié)與展望67 6.1全文總結(jié).67 6.2工作展望.68參考文獻(xiàn).69附錄SWE90U液壓挖掘機(jī)聯(lián)合仿真模型仿真參數(shù)列表.73致謝.75攻讀碩士期間主要研究成果76攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表及錄用論文情況.76中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 第一章 緒論弟一早 殖下匕作為工程機(jī)械的主要機(jī)種之一,挖掘機(jī)功能強(qiáng)大,作業(yè)靈活方便,品種多樣 化,已被廣泛應(yīng)用在礦山采掘、道路建設(shè)、城市發(fā)展、國防施工等工程中。挖掘 機(jī)的廣泛應(yīng)用大大降低了人類的勞動強(qiáng)度,并能夠高質(zhì)高效的完成各項工程項

16、 目,所以受到廣大施工單位的青睞。據(jù)統(tǒng)計各項工程施工中大約有60%的土石方 量是挖掘機(jī)完成的!。由此可見,挖掘機(jī)已無可爭議的成為工程機(jī)械第一主力機(jī) 種,且該趨勢還會進(jìn)一步迅速發(fā)展。我國目前經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,這將帶動鐵路、公路、水利電力、能源開發(fā)等基礎(chǔ) 建設(shè)的開展。預(yù)計到2010年高速公路通車?yán)锍虒⑦_(dá)到65000km,公路總里程將 達(dá)到2300000km,沿海港口新增吞吐能力80%以上罐3。諸多的施工項目為工程 機(jī)械行業(yè)創(chuàng)造了非常難得的發(fā)展機(jī)遇。挖掘機(jī)市場將迅速增長,國內(nèi)銷量從1997年的3390臺增長到了2006年的46107臺,年平均增長36.14%,預(yù)計今后5到10年,我國將成為全世界最大的挖

17、掘機(jī)市場及產(chǎn)地。2009年挖掘機(jī)銷量前十名依 次是:斗山中國、小松、日立、現(xiàn)代、神鋼、三一重工、柳工、福田酋沃垂工、 山河智能、廈工?？梢娮鳛閲a(chǎn)挖掘機(jī)生產(chǎn)廠家代表的三一重工、山河智能和柳 工的市場份額占有相對較小+:。因此在未來很長一段時間里,我國的挖掘機(jī)生產(chǎn) 企業(yè)將迎來難得的發(fā)展機(jī)遇,但同時也將面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),我們只有生產(chǎn)出性能 優(yōu)越的挖掘機(jī),才能贏得這場競爭。評價一個液壓系統(tǒng)各項性能指標(biāo)的優(yōu)劣主要依據(jù)有:液壓系統(tǒng)的靜態(tài)特性和 動態(tài)特性7。液壓系統(tǒng)靜特性即系統(tǒng)從瞬態(tài)過程過渡到穩(wěn)態(tài)過程后的輸出狀態(tài)。 液壓系統(tǒng)動態(tài)特性即上述過渡過程中所表現(xiàn)出來的特性,引起該動態(tài)過程的主要 原因有兩個:由傳動與

18、控制系統(tǒng)的過程變化引起的和由外界干擾引起的。在該動 態(tài)過程中,系統(tǒng)中的參變量均隨時間而變化,這種變化過程中性能的好壞,就決 定了液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的優(yōu)劣。液壓系統(tǒng)有時會出現(xiàn)液壓沖擊、振動、噪聲、 工作器件運(yùn)動失調(diào)等現(xiàn)象,均是由于液壓系統(tǒng)動態(tài)特性不良導(dǎo)致的。可見液壓系 統(tǒng)動態(tài)特性的好壞對挖掘機(jī)品質(zhì)有著重大的影響。作為挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的重要組成部分,挖掘機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足鏟斗 缸、斗桿缸、動臂缸各執(zhí)行元件的力和速度要求、節(jié)約能源、效率高、操作方便, 且應(yīng)具有良好的動態(tài)特性。尤其是在當(dāng)今挖掘機(jī)工作環(huán)境復(fù)雜多變的情況下,如 何使挖掘機(jī)在工作過程中始終保持在較高的動態(tài)品質(zhì)顯得至為關(guān)鍵和重要。 要想趕超

19、世界先進(jìn)國家的挖掘機(jī)制造水平,在殘酷的競爭中獲得主動地位, 我們就必須分析研究挖掘機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性,并得出改進(jìn)動態(tài)特性中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論負(fù)載獨(dú)立流量分配系統(tǒng)是負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)(LS系統(tǒng)的一種特例,在一 般情況下,LS系統(tǒng)、LUDV系統(tǒng)各項工作性能基本相同,但當(dāng)執(zhí)行元件所需的 流量超過泵輸出的流量極限時,LUDV系統(tǒng)中各節(jié)流孔壓差P始終保持相等, 使流量與節(jié)流孔面積總是成正比,各執(zhí)行元件將以同一比率進(jìn)行減速,獨(dú)立平穩(wěn) 地工作,而與負(fù)載大小及泵流量大小無關(guān)。負(fù)荷傳感即系統(tǒng)可自動將負(fù)載所需壓力、流量變化信號傳遞到敏感控制閥或 泵變量控制機(jī)構(gòu)敏感腔內(nèi),使其壓力發(fā)生變化以調(diào)整供

20、油單元工作狀態(tài),使其幾 乎僅向系統(tǒng)提供當(dāng)前負(fù)載所需要液壓功率,這樣就能最大限度地減少壓力、流量 損失“引。如圖1.1所示,負(fù)荷傳感系統(tǒng)包括負(fù)載敏感泵、壓力補(bǔ)償閥、可控節(jié)流 口各執(zhí)行機(jī)構(gòu)等H引。該液壓系統(tǒng)通過梭閥網(wǎng)絡(luò)的選擇,得到實(shí)時的各個負(fù)載壓力最高值,并利用 負(fù)荷傳感管路傳遞給負(fù)載敏感泵上的負(fù)載敏感控制閥(LS控制閥,LS閥通過 比較泵出口和負(fù)載最高壓力的差值與設(shè)定彈簧力的差別,來控制閥芯的運(yùn)動,從 而控制泵流入負(fù)載敏感泵內(nèi)變量缸敏感腔流道的通斷,最后達(dá)到控制泵排量的目 的,使泵輸出流量與各負(fù)載所需流量之和相適應(yīng)。但負(fù)荷傳感系統(tǒng)為保證正常工 作,泵口壓力只與最高負(fù)荷壓力相適應(yīng),這樣當(dāng)閥r打開時

21、系統(tǒng)所要求流量超出 泵供油極限時,泵輸出壓力下降,首先造成最高負(fù)載壓力回路上的可控節(jié)流口前 后壓差達(dá)不到壓力補(bǔ)償閥設(shè)定壓差,這將使該回路的流量減少、速度降低,甚至 2中南大學(xué)碩十學(xué)位論文 第一章緒論會由于流量不足而導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動,從而使系統(tǒng)失去復(fù)合動作的協(xié)調(diào)工作 能力u“嵋1。針對以上這一狀況,力士樂公司推出了LUDV這一液壓系統(tǒng),此系統(tǒng)的壓 力補(bǔ)償閥布置與多路閥后面。由圖12可知,各可控節(jié)流口的出口壓力相等,各 路可控節(jié)流口進(jìn)口壓力均等于泵的出口壓力,故各可控節(jié)流口的前后壓差也都是 一相等值m。圖1-1負(fù)荷傳感系統(tǒng)原理圖 圖卜2LUDV系統(tǒng)原理圖公式推導(dǎo)過程如下所示:API=0一巴l;

22、AP2=弓一乞2設(shè)尸1為液壓系統(tǒng)的最大壓力,則:P1=己l=己2=PLS;APl=AP2=B一只s=胛上式中0為泵輸出壓力,藝。、乞:分別為兩個主閥的出口壓力, 敏感壓力值,腫為LS閥壓力設(shè)定值。根據(jù)薄壁小孔的流量方程:Q:q4,/絲 V P上式中:Q通過小孔流量,m3/s;C小孔流量系數(shù);4小孔通流截面面積,聊2;p小孑L進(jìn)出口的壓差,Pa;p液壓油密度,堙/m3。凡為負(fù)載 當(dāng)泵輸出流量不飽和時,尸為一定值。由于腫為一常量,根據(jù)式1.1可知, 通過各個執(zhí)行元件的流量由各主閥丌口面積決定,各負(fù)載間流量比為各閥Lj5t:度 比。本頁已使用福昕閱讀器進(jìn)行編輯。福昕軟件(C2005-2007,版權(quán)所

23、有,僅供試用。中南人學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論當(dāng)泵流量出現(xiàn)飽和狀態(tài)時,泵口壓力降低,耳一%AP,P1=Pm。=己:的 關(guān)系依然成立,各個回路的泵出口壓力也相同,故廿1=AP2同樣成立,各個回 路流量比仍然只與個閥口開度之比有關(guān),只是流量相應(yīng)減小,但仍然按比例分配, 各執(zhí)行器復(fù)合動作仍然保持協(xié)調(diào)。液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性研究在國內(nèi)外一直是工程界比較熱的課題之一。從國內(nèi) 外的文獻(xiàn)來看,關(guān)于這一方面的研究成果很多,許多工程技術(shù)人員、學(xué)者己經(jīng)做 了大量工作,取得了大量研究成果。目前為止,液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的研究方法有經(jīng)典的控制理論法、實(shí)驗研究法、 數(shù)字仿真法等?；诮?jīng)典控制理論人們發(fā)現(xiàn)了一種利用傳遞函數(shù)進(jìn)行分

24、析系統(tǒng)動態(tài)特性的 方法。該方法先依據(jù)所描述系統(tǒng)的物理方程建立其數(shù)學(xué)模型,并寫出增量形式, 而后對其進(jìn)行拉式變換,最后得到它的傳遞函數(shù)。但使用該方法,必須對非線性 環(huán)節(jié)進(jìn)行線性化簡化處理,這難免給分析結(jié)果帶來一定誤差。因此采用經(jīng)典控制 理論來分析研究液壓元件及液壓系統(tǒng)動態(tài)特性具有一定局限性。早期設(shè)計一個動態(tài)系統(tǒng)往往憑借設(shè)計者的經(jīng)驗,利用真實(shí)元件去構(gòu)成一個真 實(shí)系統(tǒng),并通過所建系統(tǒng)進(jìn)行大量實(shí)驗研究,以此來分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對液壓系 統(tǒng)動態(tài)性能的影響,以通過反復(fù)試驗的方法去不斷修改而后得出最佳方案i。通 常稱上述方法為實(shí)物實(shí)驗研究法,通過實(shí)驗研究的確可以直觀的、真實(shí)的了解系 統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)變化,但要

25、建成一個真實(shí)液壓系統(tǒng)需花費(fèi)大量的人力、物力及 時間,且一次成功的把握性很小,成本太高,效率太慢。故用上述這一方法分析 系統(tǒng)不具備通用性。通過仿真技術(shù)來建立液壓系統(tǒng)的仿真模型,以模擬實(shí)際液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真運(yùn) 算,稱為液壓仿真。關(guān)于此課題的書籍不斷問世,研究成果層出不窮,人們同時 也在能力尋求應(yīng)用計算機(jī)開發(fā)通用的仿真軟件。在國外,史密斯等人于1973年研制出了首個直接面向液壓技術(shù)領(lǐng)域的專用 4中南大學(xué)碩十學(xué)位論文 第一章緒論液壓仿真軟件HYDSIM;。德國亞深工業(yè)大學(xué)于1974年開始研制液壓系統(tǒng)仿真 軟件包DSH1。美國麥道公司率先開發(fā)出用以預(yù)測液壓元件和系統(tǒng)工作性能的 AFSS仿真軟件包”。;。H

26、ydrasofl公司開發(fā)的HYSAN仿真軟件可預(yù)示系統(tǒng)及元件 的穩(wěn)定性、時間響應(yīng)等性能,輸出包括壓力、流量、位移等參數(shù)的表圖,軟件可 仿真出48種輸入曲線、2500個曲線點(diǎn)_釓未。日本油空壓學(xué)會從1983年到1992年開發(fā)了動力系統(tǒng)仿真軟件BGSP?！?該軟件可以對機(jī)、電、液動力系統(tǒng)的鍵合 圖作數(shù)學(xué)模型處理、數(shù)值模擬計算與仿真結(jié)果顯示,該軟件非常適用于非線性機(jī)、 電、液系統(tǒng)的解析。德國亞深工業(yè)大學(xué)于1994年推出的DSH+測試版軟件,對 原有DSH軟件進(jìn)行了徹底改造,采用WINDOWS界面,增強(qiáng)了人機(jī)交互功能, 并運(yùn)用C+語言對軟件進(jìn)行重寫,新模型輸入更加簡便“:。AMESim(Advance

27、d Modeling Enviroment for Simulation of engineering systems軟件是法國IMAGINE公司開發(fā)的,該軟件是一個通用的仿真和動態(tài)性 能分析的圖形化開發(fā)環(huán)境。工程師在一個基于工程應(yīng)用的AMESim友好環(huán)境下 可研究任何元件或者系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。我國的液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)始于70年代末80年代初,當(dāng)時以浙江大學(xué)、大連 理工大學(xué)、上海交通大學(xué)為主,通過引進(jìn)國外仿真軟件,并進(jìn)行消化改進(jìn)或自主 開發(fā),取得了一些成果。浙江大學(xué)通過引進(jìn)德國的DSH液壓仿真軟件并進(jìn)行二 次開發(fā),推出了SIMUL/ZD液壓仿真軟件;北京航空學(xué)院研制出了FPS通用仿 真程序:

28、;上海交通大學(xué)通過自主研制,開發(fā)了仿真軟件包HY.CAD。;浙江 大學(xué)流體傳動及控制研究所與國營183廠合作開發(fā)了液壓系統(tǒng)及元件仿真軟件 系統(tǒng)DLYSIM:。但上述仿真軟件同國外相比還有很大的差距,目前浙江大學(xué)、 清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)和華中科技大學(xué)等院校還在進(jìn)行這 一方面的研究工作。上一節(jié)已經(jīng)對國內(nèi)外液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)進(jìn)行了概述,可見應(yīng)用于液壓系統(tǒng)仿 真的軟件越來越多,液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)發(fā)展迅速。但是現(xiàn)實(shí)中的許多產(chǎn)品涉及機(jī) 械、控制、電子、液壓、氣動等眾多學(xué)科領(lǐng)域,若只靠傳統(tǒng)的單領(lǐng)域仿真很難滿 足對整個產(chǎn)品的功能和行為分析。目前有不少仿真軟件,如ADAMS軟件, 它罩邊有很多模

29、塊,如液壓、控制模塊等,它能對一個機(jī)電液一體化的產(chǎn)品進(jìn)行 機(jī)電液聯(lián)合仿真,且它還提供了與其它仿真軟件的接口,如AMESim軟件、Matlab 軟件等,且這些軟件均有自己的優(yōu)勢,如AMESim對液壓系統(tǒng)建模,不需列出 復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型便能對液壓系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的建模。目前,人們已經(jīng)開始將機(jī)械、電子、液壓、控制多領(lǐng)域聯(lián)合仿真廣泛應(yīng)用于 鐵路車輛、汽車、航空航天飛行器、工程機(jī)械等產(chǎn)品的設(shè)計工作中,具體應(yīng)用實(shí)中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論例如下:(1美國福特公司成功的將整車動力學(xué)仿真和汽車姿態(tài)控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真, 通過機(jī)械、液壓、控制等多領(lǐng)域聯(lián)合仿真。其整車動力學(xué)仿真采用ADAMS軟 件建立,控制系統(tǒng)、液壓

30、作動器采用MATIRXmath軟件。福特公司利用這一方法使控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計在短短一個星期內(nèi)就能夠完成,大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā) 周期。(2菲亞特研究中心將多領(lǐng)域聯(lián)合仿真技術(shù)應(yīng)用于擺式列車的半主動側(cè)向 懸架的開發(fā)設(shè)計當(dāng)中。設(shè)計人員首先利用ADAMS軟件建立了包括轉(zhuǎn)向架在內(nèi) 的完整車箱多體動力學(xué)模型,而后用MATLAB/SimliIll(仿真軟件分別建立了傾 擺控制系統(tǒng)模型和半主動側(cè)向懸架控制系統(tǒng)模型。在上述模型建立的基礎(chǔ)上,設(shè) 計人員用ADAMS與MATLAB/Simlink聯(lián)合仿真,研究了配置不同半主動阻尼 器的半主動側(cè)同懸架對提高列車側(cè)向乘坐舒適性的有效性。本課題的主要研究內(nèi)容是建立LUDV系統(tǒng)

31、的仿真模型并研究該液壓系統(tǒng)的 動態(tài)特性。本文運(yùn)用AMESim軟件建立該液壓系統(tǒng)的仿真模型,可單獨(dú)應(yīng)用 AMESim對挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)仿真時,液壓缸的負(fù)載只能用軟件中特定元件或函 數(shù)去模擬,一旦負(fù)載給定后,不管液壓缸怎么動作,負(fù)載不再變化。但實(shí)際情況 是挖掘機(jī)在工作過程中,各桿件質(zhì)心位置及轉(zhuǎn)動慣量在不斷變化,挖掘機(jī)各個液 壓缸的受力也在不斷變化中。因此單獨(dú)用AMESim軟件對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行 仿真時,無法考慮挖掘機(jī)在工作過程中負(fù)載壓力隨工作液壓缸速度及位移的變化 而變化的實(shí)時特性。所以本文運(yùn)用AMESim軟件建立挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)模型,運(yùn) 用ADAMS軟件建立挖掘機(jī)動力學(xué)模型,最后通過ADAMS中

32、與AMESim進(jìn)行 聯(lián)合仿真,對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)動態(tài)特性進(jìn)行分析研究。采用ADAMS和AMESim進(jìn)行聯(lián)合仿真,不但可以很好的利用ADAMS在 動力學(xué)仿真領(lǐng)域的優(yōu)勢及AMESim在液壓系統(tǒng)仿真領(lǐng)域的優(yōu)勢,且AMESim液 壓系統(tǒng)模型中各個液壓缸的負(fù)載和慣量是由ADAMS動力學(xué)模型進(jìn)行實(shí)時施加 的,它隨著挖掘姿態(tài)的變化而變化,而ADAMS動力學(xué)模型中液壓缸的速度及 位移是由AMESim液壓系統(tǒng)模型進(jìn)行實(shí)時施加,它隨著負(fù)載的變化而變化的。 聯(lián)合仿真彌補(bǔ)了單獨(dú)應(yīng)用某個軟件仿真的不足,能更加準(zhǔn)確地反映挖掘機(jī)的實(shí)際 操作過程。研究液壓系統(tǒng)的動態(tài)性能主要包括以下兩個方面:系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題和過渡 過程的品質(zhì)問

33、題,只有這兩方面都達(dá)到工作要求,才能說液壓系統(tǒng)具有良好的動6中南人學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論態(tài)性能。穩(wěn)定性和過渡過程品質(zhì)的定義如下:(1穩(wěn)定性:即液壓系統(tǒng)(管道和容腔中壓力瞬間峰值與波動情況,主要 分析液壓系統(tǒng)是否會因為壓力峰值過高而產(chǎn)生壓力沖擊,或系統(tǒng)經(jīng)過動態(tài)過程 后,是形成較持續(xù)的震蕩,還是很快達(dá)到新的平衡狀態(tài)。經(jīng)過動態(tài)過程后系統(tǒng) 震蕩較小、能較快地達(dá)到新的平衡狀態(tài)就說明液壓系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性,反之 則說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。如果系統(tǒng)不穩(wěn)定或者穩(wěn)定性不好,則會在受到外界干 擾時產(chǎn)生較為持續(xù)的壓力振蕩并伴以較大的噪聲。(2過渡過程品質(zhì):即執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)的響應(yīng)品質(zhì)和響應(yīng)速度,主要 研究系統(tǒng)

34、達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的過渡時間,達(dá)到壓力峰值的時間以及位移、 速度等參數(shù)隨時間的變化等。液壓系統(tǒng)動態(tài)性能的評價指標(biāo)比較多,按不同的研究域可以分為頻域性能指 標(biāo)和時域性能指標(biāo)兩大類:=;:(1頻域性能指標(biāo):主要包括零頻幅值、諧振頻率、相對諧振峰值、截止 頻率、截止帶寬等。頻域性能指標(biāo)是用系統(tǒng)的頻率特性曲線在數(shù)值和形狀上某些 特征點(diǎn)來評價系統(tǒng)的動態(tài)性能的。零頻幅值A(chǔ)(0表示當(dāng)頻率W接近于零時,閉環(huán)系統(tǒng)輸出的幅值與輸入的幅 值之比,彳(O越接近于1,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小,所以A(0的數(shù)值與1相差的大 小,反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度;幅頻特性A(w出現(xiàn)最大值4。時的頻率稱為諧振 頻率坼,諧振頻率雌在一定程度

35、上反映了系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的速度,值越大,則 瞬態(tài)響應(yīng)越快,一般來說,雌與上升時間,成反比;W=Wr時的幅值A(chǔ)(Wr=4。 與W=0時的幅值A(chǔ)(O之比(Am。/A(O稱為相對諧振峰值M,M,反映了系 統(tǒng)的相對平穩(wěn)性,一般而言,M,越大,系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)量也越大,這意味 著系統(tǒng)的平穩(wěn)性較差;一般規(guī)定幅頻特性彳(w的數(shù)值由零頻幅值彳(0下降3扣 時的頻率稱為系統(tǒng)的截止頻率%,頻率O%的范圍稱為系統(tǒng)的截止頻寬或帶 寬,它表示超過此頻率后,輸出就急劇衰減,跟不上輸入,形成系統(tǒng)響應(yīng)的截止 狀態(tài),帶寬越大,系統(tǒng)響應(yīng)的快速性越好,即過渡過程的上升時l、HJ越小。(2時域性能指標(biāo):主要包括上升時間、峰值時問、最大

36、超調(diào)量、調(diào)整時 間、振蕩次數(shù)等。時域性能指標(biāo)是用系統(tǒng)的時域響應(yīng)曲線在數(shù)值和形狀上某些特 征點(diǎn)來評價系統(tǒng)的動態(tài)性能的。響應(yīng)曲線從原工作狀態(tài)出發(fā),第一次達(dá)到輸出穩(wěn)態(tài)值所需要的時間定義為上 升時間,上升時間越短,瞬態(tài)響應(yīng)越快;響應(yīng)曲線達(dá)到第一個峰值所需要的時 間定義為峰值時間f。,峰值時間越短,瞬念響應(yīng)越快;峰值時間f。所對應(yīng)的瞬態(tài) 響應(yīng)值Xo(t。與響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值之差除以響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值得到的值稱為最大超調(diào)量M。,7中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論最大超調(diào)量越大,系統(tǒng)越不穩(wěn)定;在過渡過程中,Xo(t取的值滿足不等式 IXo(t一Xo(OOIAXo(OO,(式中tts,A是指定的微小量,則稱為調(diào)整時間, 調(diào)整

37、時間越長,系統(tǒng)穩(wěn)定性越差:調(diào)整時間f。與系統(tǒng)的振蕩周期2萬/Wd的比值稱 為振蕩次數(shù)N,振蕩次數(shù)越多,表明系統(tǒng)越不穩(wěn)定。改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)或輸入信號,都能有效的改變系統(tǒng)的動態(tài)特性,而后利用 動態(tài)特性評價指標(biāo)對改變前后的響應(yīng)曲線進(jìn)行對比分析,就能得出改變量對系統(tǒng) 動態(tài)特性的影響。但由于一個液壓系統(tǒng)中的參數(shù)太多,且這些結(jié)構(gòu)參數(shù)之間又是 互為聯(lián)系和影響的,所以應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的工作特點(diǎn)選取幾個對系統(tǒng)動態(tài)特性影響 較大的參數(shù)進(jìn)行分析研究。對于一般的液壓系統(tǒng),應(yīng)根據(jù)對其動態(tài)特性的要求進(jìn) 行分析研究。在較為復(fù)雜的工作循環(huán)中,除需分析單個變量的動態(tài)響應(yīng)品質(zhì)外, 還應(yīng)分析各動作環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換是否迅速平穩(wěn),各部件的動作是

38、否相互協(xié)調(diào),是否能 保證所需的動態(tài)精度等。對于動態(tài)特性不符合要求的系統(tǒng),則需分析研究改善其 動態(tài)特性的途徑。綜上所述,對液壓挖掘機(jī)LUDV系統(tǒng)動態(tài)特性進(jìn)行分析研究,得到減弱系 統(tǒng)Ls反饋振蕩,提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的解決方案,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。采用計 算機(jī)模擬仿真的方法具有研發(fā)周期短、成本低等特點(diǎn),己被公認(rèn)為是一種先進(jìn)且 便捷的方法,本課題以SWE90U型液壓挖掘機(jī)為研究對象,利用ADAMS和 AMESim軟件對挖掘機(jī)LUDV系統(tǒng)進(jìn)行建模與聯(lián)合仿真,以此來分析研究該系統(tǒng) 的動態(tài)特性。本文的研究內(nèi)容如下:1、在查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,概述LUDV系統(tǒng)的組成和原理、介紹當(dāng) 前國內(nèi)外液壓系統(tǒng)動態(tài)特性

39、的研究現(xiàn)狀、概述聯(lián)合仿真這一新的仿真方法、概述 液壓系統(tǒng)動態(tài)特性研究的內(nèi)容及評價指標(biāo);2、運(yùn)用Pro/E軟件創(chuàng)建挖掘機(jī)三維實(shí)體模型,并將其導(dǎo)入ADAMS軟件中, 建立液壓挖掘機(jī)工作裝置的動力學(xué)仿真模型,并通過仿真對比分析驗證該模型的 正確性;3、深入研究液壓挖掘機(jī)LUDV系統(tǒng)各主要構(gòu)件的原理及內(nèi)部構(gòu)造,利用 AMESim軟件建立該液壓系統(tǒng)各主要構(gòu)件的模型和整個液壓系統(tǒng)模型,并通過聯(lián) 合仿真模塊連接機(jī)構(gòu)模型和液壓系統(tǒng)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞,得到系統(tǒng)的聯(lián)合仿真模 型;4、對挖掘機(jī)的鏟斗、斗桿單動作及它們的復(fù)合動作進(jìn)行仿真與實(shí)驗對比研 究,以驗證模型的準(zhǔn)確性。利用該模型進(jìn)行聯(lián)合仿真,分析研究系統(tǒng)的動態(tài)特性

40、, 得到減弱系統(tǒng)LS反饋振蕩、提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的改進(jìn)措施。8中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章液壓挖掘機(jī)T作裝置模型的建立 第二章液壓挖掘機(jī)工作裝置模型的建立液壓挖掘機(jī)由于在動力裝置和工作裝置之間采用容積式液壓傳動,靠液體壓 力進(jìn)行工作,相對機(jī)械傳動具有許多優(yōu)點(diǎn)。M。:1能夠進(jìn)行無級調(diào)速且調(diào)速范圍大;2快速作用時液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動慣性相對較小;3傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單;4能夠得到較低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速;5易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化:6操縱省力靈活且易實(shí)現(xiàn)自動化控制。由此可知液壓挖掘機(jī)逐步取代機(jī)械式挖掘機(jī)已成必然趨勢。3卜動臂液壓缸;2一動臂;3一斗桿液壓缸;4一斗桿;5一鏟斗液壓缸;6一搖桿;7一連桿;8一鏟

41、斗;9一導(dǎo)向輪;1O一行走馬達(dá);1卜回轉(zhuǎn)平臺;12-操作手柄;13一發(fā)動機(jī);14-液壓泵;15-主閥圖2-1單斗液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖液壓挖掘機(jī)的類型眾多,按照鏟斗數(shù),可分為單斗挖掘機(jī)和多斗挖掘機(jī),本 文的研究對象SWE90U型挖掘機(jī)為單斗液壓挖掘機(jī)。單斗液壓挖掘機(jī)基本組成 如圖2.1所示,主要包括動力裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、工作裝置、傳動系統(tǒng)、操縱機(jī)構(gòu)、 行走機(jī)構(gòu)、輔助設(shè)備等。它的功能是通過工作裝置的選擇及驅(qū)動來體現(xiàn),如挖掘 功能,選擇鏟斗為工作裝置,通過改變鏟斗的姿態(tài)和運(yùn)動軌跡,使鏟斗的斗齒切 入丌挖面,使丌挖物剝離后進(jìn)入鏟斗內(nèi),通過鏟斗的移位達(dá)到改變開挖物移位的 目的,從而實(shí)現(xiàn)挖掘、裝載、平整等多

42、種作業(yè)。當(dāng)選擇抓斗、平坡斗、耙齒、破9中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章液壓挖掘機(jī)工作裝置模型的建立碎錘、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、高空作業(yè)架等其它工作裝置時,通過對它們 的驅(qū)動及控制就能實(shí)現(xiàn)各自的功能|=怖。液壓挖掘機(jī)一個工作循環(huán)的組成和復(fù)合動作,包括。坼:1挖掘:通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別進(jìn)行單獨(dú)挖掘,或者兩者配 合進(jìn)行挖掘。在挖掘過程中主要是鏟斗和斗桿有復(fù)合動作,必要時配以動臂動作; 2滿斗舉升回轉(zhuǎn):挖掘結(jié)束后,動臂缸將動臂頂起、滿斗提升,同時回轉(zhuǎn) 液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處,此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作;3卸載:回轉(zhuǎn)至卸土位置時,轉(zhuǎn)臺制動,用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度, 用鏟斗缸卸載。

43、為了調(diào)整卸載位置,還需動臂配合動作。卸載時,主要是斗桿和 鏟斗復(fù)合作用,間以動臂動作;4空斗返回:卸載結(jié)束后,轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn),同時動臂缸和斗桿缸相互配合 動作,把空斗放到新的挖掘點(diǎn),此工況是回轉(zhuǎn)、動臂和斗桿復(fù)合動作。一個動力學(xué)仿真模型的建立步驟如下:先進(jìn)行機(jī)械零部件的三維實(shí)體造型, 而后再裝配這些零部件構(gòu)成整機(jī)模型,最后在各零部件之間添加相應(yīng)的約束l州。 目前為止,工程設(shè)計中常用到的三維實(shí)體造型軟件有Pro/E、UG、Solid Works 等,常用的動力學(xué)仿真模型實(shí)現(xiàn)軟件有ADAMS、SIMPACK和DADS等2J。本 文將運(yùn)用Pro/E和Adams聯(lián)合建立機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真模型。Pro/E軟

44、件是美國參數(shù)技術(shù)公司(Parametric Technology Corporation,簡稱PTC 推出的CAD/CAM軟件,它集成零件設(shè)計、曲面設(shè)計、工程圖制作、產(chǎn)品裝配、 管路設(shè)計、鈑金設(shè)計、造型設(shè)計、逆向工程、機(jī)構(gòu)仿真、有限元分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù) 管理等諸多功能于一體。自1988年以參數(shù)化設(shè)計的面貌問世以來,它已發(fā)展成 為三維CAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件,已廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計制造、模具設(shè)計及 工業(yè)設(shè)計等多個行業(yè)。婦引。其主要特點(diǎn)有?！?:參數(shù)化設(shè)計、具有相關(guān)性、基于特 征建模、采用單一數(shù)據(jù)庫等。本文以湖南山河智能機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的SWE90U型液壓挖掘機(jī)為研 究對象,實(shí)際測量其工作裝置零

45、部件的尺寸,包括鏟斗、斗桿、動臂、鏟斗缸、 斗桿缸、動臂缸、搖桿、連桿、支架轉(zhuǎn)臺等機(jī)構(gòu)。其具體尺寸如表2.1所示。 建模f;i,應(yīng)先對Pro/E的建模環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置,設(shè)置系統(tǒng)力的單位為N, 時間的單位為s,長度單位為m,材料選擇為STEEL。對于活塞桿、液壓缸、搖 桿和連桿這些較簡單的零部件,只需通過拉伸、剪切、旋轉(zhuǎn)等操作就能構(gòu)建成功。 而對于鏟斗、斗桿、動臂、機(jī)身這些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件,則除了應(yīng)用剪切、拉伸、10中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章液壓挖掘機(jī)T作裝置模型的建立旋轉(zhuǎn)等簡單操作外,還需通過混合、掃描、抽殼等操作。表2-1SWE90U液壓挖掘機(jī)液壓缸基本參數(shù)在部件的構(gòu)建過程中,應(yīng)注意以下兩點(diǎn)

46、:1建立的機(jī)構(gòu)模型要導(dǎo)入到ADAMS環(huán)境中,可ADAMS會根據(jù)將所導(dǎo)入 模型的建模坐標(biāo)系與ADAMS系統(tǒng)坐標(biāo)系重合的原則來放置模型,因此,為了免 除模型導(dǎo)入ADAMS后還需調(diào)整位置的麻煩,須在在Pro/E建模時考慮三維造型 時基準(zhǔn)面的選擇。2鏟斗、斗桿和動臂是挖掘機(jī)反鏟裝置的基本部件,它們上面的各鉸接點(diǎn) 的位置參數(shù)是確定其本身尺寸的重要結(jié)構(gòu)參數(shù),更是決定整機(jī)裝配位置的關(guān)鍵參 數(shù),故應(yīng)該嚴(yán)格保證。圖2-2整機(jī)三維實(shí)體模型配置好建模環(huán)境后,就能根據(jù)零件實(shí)際尺寸進(jìn)行建模了,建模具體過程本文 就不再詳細(xì)介紹了,各零部件的模型建好后再進(jìn)行裝配。在裝配前先要先設(shè)置好 裝配環(huán)境,此時仍要注意單位問題,多數(shù)情

47、況下,Pro/E中模型不能成功轉(zhuǎn)換至 ADAMS環(huán)境中是因為各零部件單位不一致造成的。在裝配過程中,須考慮仿真 模型的后續(xù)定義,如兩個零部件裝配時定義了相切爿可能在它們之間定義 “curve.on.curve cam”約束。這里還應(yīng)考慮的個問題,用“merge”命令可以 把幾個零部件合并為一個零件可簡化模型,可轉(zhuǎn)換到ADAMS環(huán)境被合并的零部 件不可單獨(dú)著色,如果零部件需單獨(dú)著色,則不可用“merge”命令進(jìn)行合并。?。 裝配環(huán)境設(shè)置好就可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行裝配了,具體裝配過程這擎不再贅述, 裝配好的模型如圖2.2所示。中南人學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章液壓挖掘機(jī)工作裝置模型的建立機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)自動

48、分析軟件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,是由美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.研發(fā)的虛擬 樣機(jī)分析軟件。截止目前,ADAMS軟件己經(jīng)被數(shù)百家主要制造商采用”13。 ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動范圍、碰撞檢測、峰值載 荷以及計算有限元的輸入載荷等。更重要的是,設(shè)計人員可以通過定義和不斷修 改某個或多個設(shè)計變量,觀察在不同條件下模型的運(yùn)行狀況,從而使產(chǎn)品的設(shè)計 達(dá)到最優(yōu)化。¨,“”。ADAMS軟件自身也有一定的三維實(shí)體建模功能,可它的實(shí)體建模功能相對 較弱,在

49、ADAMS中建立一個復(fù)雜的實(shí)體模型需花費(fèi)大量時間,而且無法保證模 型的尺寸精度和位置精度。但ADAMS軟件可接受并識別STEP、Parasolid、IGES 等數(shù)據(jù)格式,而Pro/E軟件恰好能把所建三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)換成上述數(shù)據(jù)格式,因 此可運(yùn)用將Pro/E中建立的模型導(dǎo)入ADAMS的方法來彌補(bǔ)ADAMS軟件三維建 模功能不強(qiáng)的問題¨“吲。表2-2各主要構(gòu)件之間的約束副在Pro/E環(huán)境中選擇文件菜單保存副本命令,將所建挖掘機(jī)整機(jī)模型保存為 Parasolid格式的文件,而后進(jìn)入ADAMS環(huán)境中,在File菜單選擇Import命令, 在打開的對話框中選擇Parasolid為輸入文件的格式,

50、并通過瀏覽找到剛剛保存中南人學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章液壓挖掘機(jī)工作裝置模型的建立的挖掘機(jī)Parasolid格式文件,點(diǎn)OK按鈕后,挖掘機(jī)模型便成功導(dǎo)入ADAMS 中n虬姻3。導(dǎo)入到ADAMS環(huán)境中的模型很好的繼承了Pro/E模型中的位置關(guān)系、 轉(zhuǎn)動慣量、質(zhì)量信息、質(zhì)心位置等各項屬性,但原模型中的裝配關(guān)系沒有了,各 零部件只是按原來的相對位置關(guān)系獨(dú)立的存在于ADAMS中,故須通過添加新約 束對各零部件重新裝配。約束是兩構(gòu)件之間的聯(lián)接關(guān)系,它限制了兩構(gòu)件的相對運(yùn)動。ADAMS軟件 常用的約束副有六種:轉(zhuǎn)動副、圓柱副、平面副、球形副、移動副、固定副嘲1。 約束施加的正確與否對動力學(xué)分析的準(zhǔn)確性和樣機(jī)虛

51、擬試驗結(jié)果的有效性有很 大影響。挖掘機(jī)工作裝置主要構(gòu)件的約束關(guān)系如表2.2所示。在添加約束時需特 別注意,考慮到將來要進(jìn)行聯(lián)合仿真,模型不可有過約束,要是模型中有過約束, 聯(lián)合仿真就無法J下常進(jìn)行。由表2-2可知,此時樣機(jī)模型中有12個可移動部件(包括機(jī)身,4個轉(zhuǎn)動 副,4個圓柱副,4個球形副,3個運(yùn)動副移動驅(qū)動,3個移動副, 1個固定副。 由公式(2.1可得模型的自由度為:F=12×6-4×5.4×3-4×4.3×5.3×1.1×6=72.20.12.16.15.3.6=0由此可見,所建模型自由度為0,無過約束存在。鬣戮綴

52、戮緩鼉爹”“?i一豫 77÷遺 瓣囂彩繃巍渤虢蚴鋤磊彩綴意, 7JApply l Parent l Children l Modify 11-Verbose Clear l Read frt圖2-3樣機(jī)模型檢驗結(jié)果運(yùn)用ADAMS/View中模型檢驗工具對所建樣機(jī)模型進(jìn)行檢驗,可得如圖2.3所示的檢驗結(jié)果信息。由圖2.3可看出,所建模型不存在過約束,模型檢驗正確。最終在 ADAMS/View下成功建立挖掘機(jī)動力學(xué)仿真模型,如圖2.4所示。中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章液壓挖掘機(jī)工作裝置模型的建立圖2-4挖掘機(jī)的ADAMS模型液壓反鏟挖掘機(jī)在任意正常位置進(jìn)行工作時,其鏟斗齒尖所能達(dá)到的極限

53、范 圍稱為反鏟裝置的運(yùn)動包絡(luò)圖。本文通過仿真繪制出反鏟裝置的運(yùn)動包絡(luò)圖,而 后得到挖掘機(jī)各特殊工作尺寸,并將挖掘機(jī)各特殊工作尺寸的仿真結(jié)果與設(shè)計值 進(jìn)行對比分析,來驗證所建立的挖掘機(jī)工作裝置動力學(xué)仿真模型的正確性。 挖掘機(jī)五個主要特殊工作尺寸如下所示描¨:停機(jī)面最大挖掘半徑:在挖掘機(jī)水平停機(jī)面上,從鏟斗齒尖到回轉(zhuǎn)中心的最 遠(yuǎn)距離。當(dāng)A、B、C三個鉸接點(diǎn)共線,并且鏟斗齒尖與停機(jī)面的垂直高度為零 時得到。(A為回轉(zhuǎn)中心,B為鏟斗與斗桿之間的鉸接點(diǎn),C為鏟斗齒尖最大挖掘半徑:在挖掘機(jī)縱向作業(yè)面上,從鏟斗齒尖到回轉(zhuǎn)中心的最遠(yuǎn)距離。 當(dāng)A、B、C三個鉸接點(diǎn)共線,并且其連線與水平停機(jī)面的夾角為零

54、時得到。 最大挖掘深度:在挖掘機(jī)縱向作業(yè)面上,當(dāng)鏟斗齒尖位于水平停機(jī)面以下時, 從鏟斗齒尖到水平停機(jī)面的最遠(yuǎn)距離。當(dāng)動臂處在最低位置,D、B、C三個鉸 接點(diǎn)共線,并且其連線處于與水平面垂直的狀態(tài)時得到。(D為斗桿與動臂之間 的鉸接點(diǎn)最大卸料高度:在挖掘機(jī)縱向作業(yè)面上,動臂和斗桿都處于最大舉升高度, 鏟斗翻轉(zhuǎn)卸土至鏟斗齒尖到最低位置時,齒尖到停機(jī)面的距離。當(dāng)動臂和斗桿都 處于最大轉(zhuǎn)角位置,而且B和C兩個鉸接點(diǎn)的連線垂直與水平面時取得。最大挖掘高度:在挖掘機(jī)縱向作業(yè)面上,當(dāng)鏟斗齒尖位于水平停機(jī)面以上時, 從鏟斗齒尖到水平停機(jī)面的最遠(yuǎn)距離。當(dāng)動臂、斗桿和鏟斗都處于最大轉(zhuǎn)角位置 時得到。挖掘機(jī)的鏟斗齒

55、尖的運(yùn)動軌跡取決于鏟斗液壓缸、斗桿液壓缸、動臂液壓缸 三個液壓缸的相互配合情況。因此,可以通過設(shè)置施加在這三個液壓缸上的運(yùn)動14中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章液壓挖掘機(jī)工作裝置模型的建立副移動驅(qū)動函數(shù)來獲得反鏟裝置的運(yùn)動包絡(luò)圖。在本文中,這三個液壓缸上的運(yùn) 動副移動驅(qū)動的函數(shù)表達(dá)式分別設(shè)置如下:dongbiqudong:step(time,0,0,2,0.3+step(time,2.5,0,6.5,一0.885+step(time,14.5,0,20.5,0.885 douganqudong:chandouqudong:step(time,0,0,2,0.3+step(time,2,0,2.5,0.044+step(time,6.5,0,7,0.13-0.044+ step(time,11.5,0,14.5,0.294+step(time,20.5,0,24,0.73-0.130.294+在ADAMS環(huán)境中進(jìn)行仿真,設(shè)置時長為32秒,步長為0.1秒,可得如圖 25所示的反鏟裝置運(yùn)動包絡(luò)圖。圖2-5反鏟裝置運(yùn)動包絡(luò)圖在整個仿真過程中,鏟斗液壓缸、斗桿液壓缸和動臂液壓缸的伸縮動作及其 相互配合情況如表2.3所示。由仿真分析得到鏟斗齒尖的X方向和Y方向的位移曲線如圖2-6所示。中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章液壓挖掘機(jī)T作裝置模型的建立三 瑩VuchUlo