装载机工作装置的建模与仿真

装载机工作装置的建模与仿真

0设计水平的测量装载工作设备是安装过程中的重要部件。这是一个用于切割和装载材料的组织。其设计水平直接影响到整个机的性能，如工作效率、工作质量、总结构尺寸等。对装载机工作装置进行仿真分析研究,可使其设计工作大为简化,设计效率和设计水平显著提高,同时使装载机工作装置的综合性能得以改善。1创建加载操作工具的虚拟原型装载机工作装置主要由铲斗、连杆、摇臂、动臂、转斗油缸、举升油缸等组成,其简化模型如图1所示。其中,标号A～I为构造设计点。1.1创建举升油缸本模型以A点垂直向下和G点水平向右的交点作为坐标原点,通过创建的设计点,利用建模工具箱的相关工具分别创建铲斗、连杆、摇臂、动臂、转斗油缸、举升油缸。经过简化,在ADAMS-View中建立的装载机工作装置仿真模型见图2。1.2典型安装工作流的典型工作流1.2.1基层式基盘动臂下放至下限位置,铲斗水平放置地面,斗尖触地,开动装载机,铲斗借助牵引力插入料堆,铲斗水平插入料堆足够深度后,装载机停止运动,向后转斗或提升动臂,以装满物料。1.2.2操作转斗缸操作完成工况I之后,转动铲斗,铲取物料,操作转斗缸实现收斗,然后转斗缸闭锁,举升动臂,将铲斗举高到适当的运输位置,然后驱动装载机,载重驶向卸料点。1.2.3位置的最高部分上限保持转斗缸长度不变,操作举升缸,将动臂升至上限位置。1.2.4车辆或固定料仓卸料在上限举升工况III下,操作转斗缸翻转铲斗,向运输车辆或固定料仓卸料。卸料结束后,操作举升缸下放动臂,实现铲斗自动放平,再次进入铲装工况,进行下一工作循环过程。2基本概念的变化装载机工作装置的主要性能评价指标包括:①平移性:举升过程中,铲斗在收斗位置保持平移,使斗底平面与水平面夹角的变化量不大于15o;②卸载性:即铲斗的卸料角均小于或等于45o;③卸载性:即保证最大卸载高度及对应的卸载距离;④自动放平性:即动臂下降至下限位置时应保证铲斗自动放平,自动进入下一次铲掘状态;⑤连杆机构的传动性:即保证各个工况不出现构件相互干涉,各机构的传动角不得小于10o。2.1工作装置的仿真反转型装载机工作装置的典型工作过程可分为以下4个阶段:①下限位置转斗缸伸长,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,实现物料的举升;③上限位置转斗缸收缩,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,自动进入下一次铲掘状态。可以用ADAMS的step函数实现装载机工作装置仿真过程的控制,对应于工作过程的4个阶段,仿真过程也分4个阶段进行。在仿真过程的每个阶段,模型的动作由step函数表达式控制铲斗的转角,保证在仿真过程第1阶段铲斗收斗角达到要求的-45o,在仿真过程第2阶段达到物料的最大举升高度,在仿真过程第3阶段铲斗卸料角达到要求的45o。2.1.1转斗油缸运动规律在运动工具箱中,选择创建直线运动工具,在动臂油缸和转斗油缸的圆柱副上施加直线运动,利用step函数表达式,按要求设定油缸的运动规律,使活塞杆实现伸缩,从而驱动动臂和铲斗;不断地调整step函数表达式使仿真结果接近要求的评价指标。转斗油缸的运动规律如下:step(time,3.0,0.0,3.2,50)+step(time,7.1,0.0,7.3,-50)+step(time,11.9,0.0,12.1,-144)+step(time,13.9,0.0,14.1,144)。动臂油缸的运动规律如下:step(time,7.3,0.0,7.5,150)+step(time,11.7,0.0,11.9,-150)+step(time,14.1,0.0,14.3,-320)+step(time,15.9,0.0,16.1,320)。2.1.2物料重力fg以step函数模拟装载机在一个工作循环中的受力情况。在工况I下,利用载荷工具箱中加力工具,选择斗齿部位中点施加插入阻力Fin,表达式为:step(time,0,0.0,2.8,50000)+step(time,2.8,0.0,3.0,-50000)。在铲斗的重心上施加物料重力Fg,表达式为:step(time,2.0,0.0,3,50000)+step(time,13.9,0,14.1,-50000)。选择斗齿部位中点施加垂直向下铲掘阻力Fsh,表达式为:step(time,2.8,0,3,120000)+step(time,3,0,5,-120000)。工作装置所受载荷变化曲线见图3。2.1.3系统模拟设定仿真类型、仿真终止时间及仿真步数,4个典型工况的仿真结果见图4。2.2模拟性能评价2.2.1工作过程中的转角变化装载机在运输位置时,铲斗底板与水平面间的夹角为铲斗的收斗角(后倾角),一般推荐值为-40o～-46o。为保证平移性,动臂在举升过程中,连杆机构应能使铲斗在收斗位置保持平移,使后倾角的变化量不大于15o。图5为铲斗在工作过程中的转角变化曲线。从图5可以看出在举升过程中(7.3s～11.9s)最大收斗角为-44.96o,最小收斗角为-55.06o,收斗角的变化量为10.10o,符合平移性设计要求。2.2.2限位置的挖掘动臂在上限位置卸料后,转斗缸闭锁,动臂下降到下限位置时,铲斗由连杆机构自动放平进入下一次铲掘状态。由图5可见铲斗放平后铲斗斗底与水平面夹角(放平角)为-1.08o,因此满足放平性的要求。2.2.3臂的特性从图5可以得出,最大卸载高度时卸料角为45.52o,即整个卸料过程中卸载角的最大值为45.52o,达到设计要求。2.2.4载角时的下角最大卸载高度是指动臂在最大举升高度、铲斗呈45o卸载角时,其斗尖离地面的高度,如图6中M点所示。图6为斗尖相对于地面的高度曲线。从图6可以看出,仿真过程中最大卸载高度为2820mm,基本达到设计要求。2.2.5不同传动角在克氏原螯虾高效的运动过程中的传动特性连杆机构的传动性即保证各个工况不出现构件相互干涉,各机构的传动角不得小于10o。为了提高传动效率,防止机构锁死,要求在整个运动过程中,各个传动角在oo之间变化从图7中得知,在仿真过程中∠FEB的最大值为132.51o,最小值为37.21o,∠GFE的最大值为166.15o度,最小值为13.24o,∠BCD的最大值为126.94o,最小值为48.24o;可以看出机构间没有相互干涉的地方,符合设计标准。3仿真结果分析本文将虚拟样机技术应用于装载机工作装置的设计,用ADAMS软件对整机建模仿真,建模过程简单直观;软件仿真即可得到所需的数据和曲线而且界面良好,精度高,分析全面。仿真分析得