某型装载机关键部件的仿真研究

某型装载机关键部件的仿真研究

0辅助工作装置装载是一种应用广泛的工程机械。它可以负责国有企业和生活中的建设项目建设，以及与砂、砾石、煤炭等类似材料的任务。通过更换不同的辅助工作装置又可以承担推土、起重等典型的作业任务。装载机凭借其高效率、高机动性、高速作业等优点在工程机械中占据重要位置,成为应用最为广泛的工程机械之一。因此,对该新型装载机执行机构进行仿真探究就显得尤为重要。1模型导入的前期工作衡量新型装载机总体性能优势、主要技术指标及性能参数等主要体现在其整机质量、最小转弯半径、最大牵引力、最大掘起力、最大卸载高度等方面。SOLIDWORKS软件具有较强的三维建模功能,并且也能对相对简单的结构进行动力仿真,但是对于处理结构十分复杂的机构时则远远不如ADAMS。由于我们所研究的装载机的工作装置在实际作业过程中动作的复杂性,SOLIDWORKS则远远不能满足研究需要,因此选用ADAMS作为动力学分析软件。为了能够顺利实现并完成对装载机工作装置的动力学仿真探究工作,首先需将该新型装载机的整机三维实体模型完整并成功导入到ADAMS中。在SOLIDWORKS中将装配完成的实体模型另存为x_t格式的文件,更为重要的是要将刚保存完成的x_t格式的文件改写成xmt_txt格式的文件。通过完成上述操作,即可保证两软件之间数据传输的完整性,也即完成了模型导入的前期工作。开启ADAMS软件,在ADAMS软件的开启界面选取importaFile,选取刚保存完成的Parasolid(*xmt_txt)文件,在modelname中更改模型名称,完成导入操作。在模型导入之后,需要对软件本身的工作环境进行一定的设置,设置包含单位、重力加速度等重要设置选项。由于装载机的工作装置的构件较多,为了便于后续的操作需将各部件进行重新命名。其中特别重要的是要保证两软件中模型单位的统一,否则将会严重影响到分析结果的准确性。由于ADAMS软件分析的需要添加各部件的质量,打开材料库将机构的材料设置为steel。在各构件质量加载完成之后,需要按照各构件之间的相对运动关系情况来添加约束。比如铲斗与动臂、动臂与摇臂、摇臂与连杆、动臂与车架之间均为铰接处采用销钉连接,因此对上述施加旋转副约束。3个液压缸是整个工作过程的动力驱动装置而且其运动关系为直线往复运动方式,因此采用移动副约束。车体本身不作为研究内容而采用固定副约束。液压缸的驱动完成了装载机执行机构整套动作循环工作,而动臂左右两侧的2个动臂液压缸为同步工作状态。因此,只需要在铲斗液压缸和1个动臂液压缸上各加载1个移动驱动,约束与驱动加载完成之后如图1所示。3启动安装管理系统的模拟研究3.1工作过程仿真根据相关数据可知并且为了研究的需要,我们将该新型装载机作业行程时间作了延长处理,将整个行程时间设置为45s。整个工作行程时间的构成为铲斗收斗16s,举升时间为18s,卸载时间为5s,整个工作装置自动放平时间为4s,水平插入时间为2s。由于工作装置的整个工作行程较复杂,为复合动作结构。采用ADAMS中提供的STEP函数来定义各部分工作时间等控制信息,来实现整个工作过程。其中STEP函数的格式在斗齿尖部重新定义一个maker,完成定义之后进行仿真分析,仿真结束之后右键单击新定义的maker点的measure选项,选取translationaldisplacement选项,单击OK,得出maker点的位移图,如图2所示。通过对图2的观察之后可以得出,在43s时达到最大卸载高度3500mm。3.2平插入与机制挖掘的受力仿真结果由于装载机应用范围的广泛性和工作环境复杂性,我们选取2种典型的工况进行仿真研究。研究情况如下:由于装载机执行机构工作行程的特殊性要求,整套工作行程动作都是通过动臂及转斗2个油缸共同驱动来实现的。因此对于2个油缸受力情况的研究就显得非常重要,其中2个动臂油缸是同步等效的,受力大小相同,因此研究1个动臂油缸的受力情况即能满足要求,查看仿真分析结果得到动臂和转斗油缸的受力曲线,如图3所示。通过对图3的分析可以看出,在2~18s内为水平插入与铲斗掘起两个联合工况,铲斗在此过程中所受的水平阻力较大,动臂油缸所受的载荷也较大,在10s的时刻载荷应力达到最大值。在18~36s为举升工况阶段,动臂油缸与转斗油缸所受的阻力都随着铲掘力的增大而增大,转斗油缸与动臂油缸在27s时所受到的载荷应力达到最大值。在36s时刻开始将为卸载阶段,转斗油缸为控制铲斗的工作行程的工作油缸,因此转斗油缸的受力随着铲斗的翻转卸料的过程逐渐增大,而动臂油缸的受力随着物料在卸载过程中的减小而减小。从40s开始为自动放平阶段,两油缸的受力情况将趋于平稳,此过程中动臂油缸为主要工作油缸,因此动臂油缸的载荷应力略高于转斗油缸,整个仿真过程完全符合实际工况要求。通过对后处理结果的观察,我们可以得出各铰接点受力变化曲线,如图4所示。各铰接点的总体受力变化趋势都是随着工作装置各工作行程而变化的,在铲掘、举升、卸载时各铰接点的受力均达到最大值,特别是在卸载得时刻应力变化最为明显,符合实际工作情况。又对各铰接点的受力大小的观察可得,各铰接点的所受的最大应力值均满足强度要求,说明我们的设计完全符合设计标准,达到了预期的设计目的。同理对偏载工况下各铰接点的受力曲线图的观察可得出,如图5所示。A铰接点为动臂与铲斗的铰接点,在2~18s内为插入、铲掘工况,A点受力逐渐增大,在12s时达到峰值,峰值出现的时刻与外载荷峰值出现的时刻一致,之后受力逐渐较小,符合实际情况。其它各铰接点分析情况也类似,在自动放平阶段各铰接点的受力趋于平稳,符合实际情形。4新体制载荷动力学仿真通过运用ADAMS强大的运动学仿真研究功能,首先印证了结构设计的合理性,没有发生干涉现象;其次通过仿真得到了卸载高度变化曲线,得出的最大卸载高度与设计高度相同,设计符合要求;最后通过对正载和偏载2种典型的工况的动力学仿真探究可以得出各铰接点受力情况。通过对受力曲线的总体分析可以得出各铰接点符合强度、刚度要求,又进一步验证了该新型装载机设计的正确性和合理性。该新型装载机的主要技术指标、性能参数如下:整机质量/kg18500发动机功率/kW200最大卸载高度/mm3500最大转向角/(°)35额定载重量/kN80最大掘起力/kN210铲斗容量/m34后桥摆动角/(°)102初始数值和最终数值式中x———函数的自变量,一般设置为时间函数;x0———函数自变量的初始数值;h0———最外层函数的初始数值;x1———函数自变量的最终数值;h1———最外层函数的最终数值。转斗油缸与动臂油缸的STEP函数分别为:(1)扩大挖掘阻力的范围由于装载机执行机构的载荷分布状况是随着工作行程位置的不同而不断发生变化的。因此,也采用STEP函数的形式来定义各载