基于caia的装载机工作装置参数化特征实体建模

基于caia的装载机工作装置参数化特征实体建模

液压缸的驱动设计加载是一种重要的安装机械。由于其速度快、效率高、流动性好、操作方便等优点，已成为施工中的主要施工手段之一。工作装置是装载机的重要组成部分，它是靠液压缸驱动来完成铲掘、装卸物料的空间多杆机构，其设计水平的高低直接影响整机的工作性能。传统的设计方法有类比法和作图试凑法，手工绘图的工作量很大并且具有一定的盲目性；如今，借助通用建模分析软件建立模型并进行仿真分析，可真实反映工作装置的尺寸外形和工作过程、检查干涉等设计缺陷、进行各种类型的力学分析，能有效地缩短研发周期、降低生产成本，并且使产品的结构和性能更加合理。1d、3d参数化建模及数据实现CATIA是一种通用的CAD/CAE/CAM软件，从产品的概念设计到最终产品的形成，以其精确可靠的解决方案为用户提供了完整的2D、3D参数化建模功能及数据管理手段。下面将介绍基于CATIA软件的装载机工作装置的参数化特征实体建模过程。1.1基于catia的小零件建模零件的建模主要应用CATIA中的MechanicaDesign→PartDesign模块来完成。建模的一般过程如图1所示。工作装置结构比较复杂，其铲斗、动臂、摇臂都是由一系列小零件通过焊接或螺栓连接而成，在建模前可根据结构特点进行必要的简化，如：假设焊缝、螺栓连接与母材金属等强，将焊接件和螺栓连接视为一个零件。特征建模的草图可以直接创建，也可以通过AUTOCAD生成的DWG文件转换。对于结构相同而尺寸不同的零件如液压缸、销轴等，可使用CATIA提供的零件库功能，不但可以节省建模时间，而且便于管理和结构更新。建立的铲斗、动臂、摇臂、转杆模型如图2所示。1.2le模块设计应用MechanicalDesign→Assemble模块将建立好的零件利用同轴、点与面、线与面、面与面等关系装配在一起，并验证该装配模型在挖掘、装载及卸载等工况下零件之间无干涉。建立的装配体模型如图3所示。2运动分析2.1模型的导入adams将装配体模型另存为Parasolid格式文件（*．x＿t），并通过ADAMS的File→Import命令将模型导入ADAMS。在ADAMS中，将车架与地（Ground）固连；在车架与动臂、车架与动臂油缸、车架与转斗油缸、转斗油缸与摇臂、摇臂与连杆、连杆与铲斗、动臂与铲斗等连接部位的铰接点处添加转动副；在转斗油缸、动臂油缸上添加移动副。建立的虚拟样机模型如图4所示。2.2仿真过程及模型动作装载机工作装置的典型工作过程分为4个阶段：(1)转斗缸伸长，动臂缸闭锁，铲斗收斗，实现物料的铲装；(2)转斗缸闭锁，动臂缸伸长，动臂上举，实现物料举升；(3)转斗缸收缩，动臂缸闭锁，铲斗翻转，实现物料的卸载；(4)转斗缸闭锁，动臂缸收缩，动臂下降，铲斗自动放平，进入下一次铲掘状态。工作过程中，应满足平移性、传动性和自动放平等要求。本文采用的仿真过程也分为四个过程：0～10s为收斗过程，10～30s为举升过程，30～40s为卸料过程，40～60s为动臂下降过程。模型动作由加在两油缸移动副上的线性驱动来实现。仿真过程结束后，通过后处理模块检验机构的平移性、传动性和自动放平要求。(1）防止撒落料撒落平移性要求铲斗在举升过程中的波动角不大于15°，且由下限位置到上限位置的举升过程中，波动角向收斗方向增大为好，以防止物料撒落。图5为斗底与水平面间夹角变化过程图，由该图可以看出，举升过程中（10～30s），铲斗波动角为12.3°且前半阶段向收斗方向增大，后半阶段向收斗方向减小，基本满足平移性要求。(2）油缸与摇臂之间的角度测量传动性要求转斗油缸与摇臂的夹角、摇臂与连杆的夹角要保持在10°至170°之间。经测量两夹角变化过程如图6所示，由图可知，油缸与摇臂的夹角在51°至122°之间变化；摇臂与连杆的夹角在49°至166°之间变化。因此，该机构亦满足传动性要求。(3）杆机构充放平自动放平是指铲斗在上限位置卸料后，转斗缸闭锁，借助连杆机构的自身运动，使铲斗下放至地面位置时能自动放平进入下次插入状态。由图6可看出，铲斗下放到地面位置时（60s处），铲斗与水平面夹角为-3°，满足自动放平的要求。3运动学仿真分析本文应用CATIA软件建立了工作装置