装载机工作装置的实体建模和运动仿真

1、LOGO装载机工作装置的实体建模和运装载机工作装置的实体建模和运动仿真动仿真姓名：卢琪姓名：卢琪学号：学号：1410140111614101401116班级：班级：1010机自机自2 2指导老师：李实指导老师：李实 Company Logo论文提纲论文提纲装载机工作装置三维实体建模装载机工作装置三维实体建模3 载机工作装置运动仿真载机工作装置运动仿真4结论结论5绪论1 运动仿真技术及运动仿真技术及Pro-ENGINEER简介简介2Company Logo1. 绪论绪论v国内装载机的发展 2001年我国装载机全行业总销售量已突破3万台，居世界装载机市场的前列。目前我国已经成了世界上装载机产销大国

2、，但装载机设计水平还处于经验设计时期，大部分是通过技术引进实现的，现代设计技术还处于应用入门或水平较低的普及阶段。Company Logo2.运动仿真技术及运动仿真技术及Pro-ENGINEER简介简介常用的七种工作常用的七种工作机构连杆类型机构连杆类型a.正转八连杆机构d.转斗油缸后置式反转六连杆机构e.正转四连杆机构c.转斗油缸后置式正转六连杆机构b.转斗油缸前置式正转六杆机构g.动臂可伸缩式三连杆机构f.正转五连杆机构Company Logo2.运动仿真技术及运动仿真技术及Pro-ENGINEER简介简介 通过对上面所说的几种工作机构的连杆类型进行分析，发现转斗油缸后置式反转六杆机构具有

3、以下几个优点：（1）转斗油缸大腔进油时转斗，并且连杆系统的倍力系数能设计成较大值，所以获得较大的掘起力；（2）恰当地选择各构件尺寸，不仅能得到良好的铲斗平动性能，而且可以实现铲斗的自动放平；（3）结构紧凑，前悬小，司机视野好。 综合分析可知反转工作机构有点多，能比较的满足铲、装、卸作业要求，它在露天装载机和地下铲运机上都得到了广泛的应用，所以在本次设计中采用该机构类型。它的主要组成部分包括：铲斗、连杆、摇臂、动臂等Company Logo3.装载机工作装置三维实体建模装载机工作装置三维实体建模 轮式装载机工作装置连杆机构的设计任务是确定各连杆的尺寸和相互的位置关系，以满足设计任务中的规定的使用

4、性能及经济技术指标。由于连杆机构尺寸以及销轴位置的相互影响，连杆机构可变性很大，同时又要受结构限制，可变参数很多，因而无法单纯采用理论计算的方法来确定，目前大多数采用图解法并配合统计或类比法加以确定，本次设计采用图解法和类比法对工作装置加以确定。 图解法比较直观，易于掌握，是目前工程设计时常用的一种方法。 图解法是在初步确定了最大卸载高度、最小卸载距离、卸载角、轮胎尺寸和铲斗几何尺寸等整机主要参数后进行的，通过在坐标图上确定工况时工作机构的9个铰接点的位置来实现。Company Logo4.载机工作装置运动仿真载机工作装置运动仿真Pro/E软件软件特点特点参数化设计参数化设计基于特征基于特征全

5、数据相关全数据相关单一集成数据库单一集成数据库强调人性化设计强调人性化设计简单工作流程简单工作流程PROE是美国PTC公司最新推出的一套从设计到制造的机械自动化软件产品设计师可以利用该软件轻松的完成部件、整机模型的装配并对设计的产品预先进行静态分析、装配干涉检验等操作。 通过Pro/ENGINEER软件，根据计算所得的机构参数再结合ZL50型的工作装置测量结果进行三维设计，最终得到摇臂、动臂、连杆、摇臂液压缸、动臂液压缸、铲斗的三维图形 。Company Logo4.2工作机构的组装工作机构的组装通过Pro/ENGINEER软件，将上面建立的三维零件设置连接类型、进行组装，最终得到整个工作装置

6、的三维图形 。 Pro/E提供了十种连接定义。主要有刚性连接，销钉连接，滑动杆连接，圆柱连接，平面连接，球连接 焊接，轴承，一般，6DOF（自由度）。 Company Logo4.3用用Pro/E做机械动态分析的一般流程做机械动态分析的一般流程建立运动模型定义主体定义主体指定质量属性指定质量属性生成连接生成连接定义连接轴设定义连接轴设置置生成特殊连接生成特殊连接 设置运动环境应用伺服电动机应用伺服电动机应用弹簧应用弹簧应用阻尼器应用阻尼器应用执行电动机应用执行电动机定义力定义力/力矩负荷力矩负荷定义重力定义重力 分析运动机构运行运动学分析运行运动学分析运行动态分析运行动态分析运行静态分析运行静

7、态分析 运行力平衡分析运行力平衡分析运行重复组件分运行重复组件分析析 获取分析结果回放结果回放结果检查干涉检查干涉查看定义的测查看定义的测量和动态测量量和动态测量创建轨迹曲线创建轨迹曲线和运动包络和运动包络创建要转移到创建要转移到 Mechanica 结结构的负荷集构的负荷集Company Logo4.4动态分析结果动态分析结果 在对机构设置好连接，质量，伺服电机等后就可以运行一个动态分析，在Pro/ENGINEER软件中，运动仿真和动态分析功能集成于机构模块中，包括机械设计和动态分析两方面的分析功能。动态分析是使用机械动态功能在机构上定义重力、力和力矩、弹簧、阻尼等特征。可以对机构设置材料、

8、密度等基本属性特征，使其更加接近现实中的机构，达到真实模拟现实的目的。 做完一个机构动态分析后就可以进行结果回放，检测干涉，捕捉机构运动仿真动画，所需数据的测量对机构的合理性进行检验，是否满足设计要求。铲斗斗尖位置分析工作装置铰点处运动分析铲斗运动分析根据设计任务书的要求，需要对工作装置做如下几方面的分析：Company Logo4.5 工作装置干涉检测工作装置干涉检测 在回放中进行碰撞干涉检测，如果杆件在运动中出现干涉，“Proe/E” 就会提示，并将干涉区加亮显示， 以便设计者检查修改。通过“ Proe/E” 环境中的全局干涉检查判断ZL50装载机工作装置干涉问题，经过检查，ZL50 装载

9、机工作装置在铲斗收斗时由于收斗角过大造成后挡板与摇臂产生轻微的干涉，通过调整翻斗油缸的伸长长度后，工作装置不存在干涉情况。最后可以通过扑捉动态模拟过程，制作成一个动画影片。 Company Logo4.7斗尖处位置分析斗尖处位置分析从图中可以看出在15.5秒时铲斗进行高位卸载工况，此时斗尖距地面的高度为3068大于3030满足最大卸载 高度。 从图中可以看出在15.5秒时进行高位卸载工况，此时斗尖距轮胎前面的距离为1186.3大于1100满足设计要求Company Logo4.7工作装置铰点处运动分析工作装置铰点处运动分析 从图可见，摇杆在运动过程中，只有在铲斗收斗、翻斗运动时才有相对运动。其

10、中位移曲线表明，翻斗液压缸在举升和下降过程中基本保持锁定状态。另外曲线在一定程度上的倾斜，是为了保证铲斗在举升和下降时保持水平，给连杆一定的补偿，这也与工作装置实际运动状态吻合。 Company Logo4.8铲斗运动分析铲斗运动分析铲斗举升平动铲斗举升平动:为了使铲斗在举升运动过程中不会由于转动而将物料洒落，所以要求铲斗进入举升阶段，铲斗几乎保持平动，转角变化不大于15。铲斗自动放平铲斗自动放平:铲斗从高位卸载状态下落到插入状态保持转斗油缸长度不变 铲斗与地面的夹角变化，要求不大于10，可以快速的进入下一轮的工况作业中。最大卸载角最大卸载角 ：铲斗被举升到最大卸载时，铲斗地板与水平面间的夹角

11、。设计时要保证大于45，确保物料能够卸载干净。根据测量所得数据可以得出：铲斗举升平动、自动放平、最大卸载角，均满足设计要求Company Logo5.结论结论 Pro/MECHANICA Structure是集静态、动态结构分析于一体的有限元模块，能够模拟真实环境为模型施加约束及载荷，计算模型的应力应变、位移等参数，静态、模态、翘曲、疲劳、动态响应、振动等分析；通过指定设计参数，能够在给出的变化范围内进行敏感度分析，并借助优化分析为模型寻找最佳参数。在设计阶段就对设计模型进行优化，及时发现错误，提高产品设计质量，降低设计成本，增强产品的市场竞争力。 对轮式装载机工作载荷进行分析的基础上，利用利

12、用已经建立的工作装置三维模型，应用Pro/E中的机构模块和Pro/MECHANICE中的机构模块直接在Pro/E环境中对轮式装载机的关键部位进行有限元分析，给出分析后的应力云图，并对机构进行优化。 Company Logo5.1有限元分析流程图有限元分析流程图 建立分析运行分析获取结果1.简化模型2.分配材料3.模型的理想化4.施加约束、载荷5.建立接触区域建立敏感度研究定义参数指定变化范围建建 立立 模模 型型分析模型分析模型定义设计变量定义设计变量运行并获取结果建立优化研究运行并获取结果升级模型优化研究优化研究Company Logo5.3动臂、摇臂、连杆的有限元分析优化动臂、摇臂、连杆的

13、有限元分析优化(1).动臂是装载机工作装置最重要的构件，其强度状况对工作装置的性能和寿命有直接的影响。如果设计不当，将导致工作装置刚度不足，很快失效。借助Pro/E的有限元分析设计者可以科学合理地对动臂的结构进行优化设计，减少材料用量，降低生产成本。(2).由于在实际作业时，摇臂做来回往复运动，所受力大小不断变化并受交变应力作用，受力情况十分复杂，变硬、断裂、开焊、等是主要失效事故，利用有限元分析找出其失效原因，对摇臂进行改进。(3).装载机工作机构中连杆主要是用来连接摇臂与铲斗的运动，在运动过程中主要受到拉力和压力的交变载荷，由于其结构形式为细长形状，所以在连杆的校核中还需要采用失稳分析，由

14、于装载机在水平铲掘收斗时连杆受力为压力最为恶劣，所以以该时刻的连杆受力进行有限元分析。Company Logo6.终结和展望终结和展望终结：终结：运用Pro/E软件通过对装载机机构运动仿真的具体实践，实现了运动学、动力学分析及装配干涉、运动协调性的验证。揭示了运动仿真的特点、方法、对象和主要应用范围，论证了仿真运动分析对机构设计的指导作用。特别是仿真测量分析，对获得机构运动位置、速度、运动副之间相互关系及机构零件载荷情况的综合数据有着创造性的重要意义。使设计者能够直接在计算机上修改模型参数，达到机构优化的目的。展望：希望轮式装载机工作装置的设计能再有以下方面进行发展：展望：希望轮式装载机工作装置的设计能再有以下方面进行发展：(1) 应用参数化建模，现在的商品化的CAD/CAE/CAM软件都提供了三维参数化设计模型，通过三维软件的二次开法使得装载机的工作装置设计快捷、高效、精确，