大型矿用挖掘机工作装置仿真

31铲・装・运本栏目编辑　严 瑾第 41 卷 2013 年第 2 期基于 SimMechanics 的挖掘机工作装置运动仿真分析白鹏伟，史青录，程结结，吴正明，钟 飞太原科技大学机械工程学院 山西太原 030024摘要：为了查找和检验挖掘机工作装置设计方案的问题与缺陷，利用 SimMechanics 工具箱对挖掘机工作装置作业过程进行运动仿真。

通过仿真快速绘制出包络图并验证其工作尺寸参数，使设计人员在设计阶段就可以判断设计方案的合理性。

关键词：SimMechanics；工作装置；包络图；运动仿真中图分类号：TU621 文献标志码：A 文章编号：1001-3954(2013)02-0031-04Simulation and analysis on motion of excavator manipulatorbased on SimMechanicsBAI Pengwei ，SHI Qinglu ，CHENG Jiejie ，WU Zhengming ，ZHONG FeiSchool of Mechnical Engineering, Taiyuan University of Science & Technology, Taiyuan 030024, Shanxi, ChinaAbstract ：In order to find out the problems and defects in the design scheme of excavator manipulator,SimMechanics toolbox was used to simulate the motion of the excavator manipulator. After the envelop diagram being plotted rapidly through simulation, the operating parameters were verified. The method could make it possible for designers to judge the reasonableness of design scheme during designing process.Keywords ：SimMechanics; manipulator; envelope diagram; motion simulation作者简介：白鹏伟，男，1986 年出生，硕士研究生，主要研究方向为机械与车辆动力学。

Ｙ１Ｚ１Ｏ１Ｘ１ＦＩＹ２Ｏ２Ｘ２Ｚ２ＪＢＡＥ１５２３４Ｚ４ＮＸ４Ｙ４Ｏ４Ｚ３Ｙ３Ｏ３Ｘ３ＫＬＤＰ!３!２图１挖掘机工作装置机构简图和运动坐标系１．回转平台２．动臂３．斗杆４．铲斗５．行走装置!４Ｃ→→基金项目：福建省自然科学基金资助项目（２００６Ｊ００２４）""""""""""""""""挖掘机的挖掘作业主要由其工作装置来完成，工作装置的受力十分复杂，其动力学模型是挖掘机结构设计与分析、液压系统与控制系统设计的基础［１，２］。

目前对挖掘机的动力学模型研究主要基于两种理论：牛顿－欧拉方程，拉格朗日方程。

前者对每个杆件进行运动和受力分析，分别建立牛顿－欧拉动力学方程，然后再综合求解，得到系统的运动微分方程；后者利用功能平衡原理消除对复杂内力的计算，引入广义坐标描述系统位形，运用数学分析手段来建立系统的运动微分方程［３］。

本文探讨基于经典牛顿－欧拉方程建立挖掘机工作装置动力学模型的方法，利用ｍａｔｌａｂ强大符号计算功能，通过编制Ｍ文件实现动力学方程的自动推导，以某中型挖掘机为例进行模型验证。

１建立运动坐标系用牛顿－欧拉法建立动力学方程必须先确定杆件转动角速度、角加速度以及杆件质心速度、质心加速度。

为了描述工作装置的运动，建立如图１所示的运动坐标系，约定所有坐标系的Ｘ轴和Ｙ轴位于工作装置对称面上，Ｚ轴垂直工作装置对称面指向纸外。

图１中，Ａ、Ｃ、Ｄ分别为回转平台与动臂、动臂与斗杆、斗杆与铲斗的铰接点，Ｎ为铲斗斗齿尖位置；Ｅ、Ｂ为动臂油缸两端的铰点，Ｉ、Ｆ为斗杆油缸两端的铰点，Ｊ、Ｋ为铲斗油缸两端的铰点；坐标系Ｏ１Ｘ１Ｙ１Ｚ１固定在回转平台上，原点Ｏ１与Ａ重合，Ｘ轴水平向右，Ｙ轴垂直向上；坐标系Ｏ２Ｘ２Ｙ２Ｚ２与动臂固接，原点Ｏ２与Ｃ重合，Ｘ轴位于Ａ和Ｃ的延长线上，Ｙ轴方向由右手准则确定；斗杆的随动坐标系Ｏ３Ｘ３Ｙ３Ｚ３和铲斗的随动坐标系Ｏ４Ｘ４Ｙ４Ｚ４方位的确定规则与坐标系Ｏ２Ｘ２Ｙ２Ｚ２相同。

大型矿用正铲液压挖掘机水平推压特性联合仿真朱小晶;权龙;王新中;吕晓林;李光【摘要】The method of electro-hydraulic proportional controlling means matched by pump valve compound flow rate was proposed to achieve flat-pushing while designing the national largest face-shovel hydraulic excavator with the bucket capacity of 15 m and machine weigh of 260 t. The ratio of hydraulic cylinders' flow rate was ascertained by computer coordinate control during the flat-pushing process, the co-simulation research of dynamics of mechanical systems and hydraulic system in developing mining excavators' flat-pushing process was carried out by using the software of ADAMS and AMESim. The displacement, velocity and pressure of arm mining process in various hydraulic cylinder on the small excavator were validated by the experiment. It is confirmed that co-simulation research methods can accurately simulate the practical working environment of excavator.%在设计目前国内最大(斗容量为15 m3,质量260 t)的正铲挖掘机中,提出采用泵阀复合流量匹配的电液比例控制方法实现水平推压.通过计算机协调的比值关系确定平推中供给各液压缸的流量,采用ADAMS和AMESim软件,对设计的矿用挖掘机水平推压过程进行机械系统动力学与液压系统的联合仿真研究.在小型挖掘机上对斗杆挖掘过程各个液压缸的位移、速度和压力进行测试试验验证,结果表明联合仿真研究能够较准确地模拟挖掘机的真实工作环境.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2011(042)005【总页数】5页(P30-34)【关键词】正铲挖掘机;水平推压;特性;联合仿真【作者】朱小晶;权龙;王新中;吕晓林;李光【作者单位】太原理工大学机械电子工程研究所,太原030024;太原理工大学机械电子工程研究所,太原030024;太原重工股份有限公司技术中心,太原030024;太原重工股份有限公司技术中心,太原030024;太原重工股份有限公司技术中心,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH137.9;TD422.2引言目前国内斗容量大于 12m3的大吨位液压挖掘机装备还处于空白,所用机型完全依赖进口[1]。

第30卷第3期2009年3月煤矿机械CoalM ine MachineryVol.30No.3Mar.2009基于ADA MS的挖掘机工作装置的仿真与优化设计潘玉安1,程洪涛2,姜迪友2,梁刚3,聂陶荪1(1.景德镇陶瓷学院机电工程学院,江西景德镇333403;2.江西蓝天学院(瑶湖校区,南昌330098;3.景德镇高等专科学校,江西景德镇333000摘要:建立了该类反铲挖掘机工作装置虚拟样机的ADAMS仿真模型,基于虚拟样机技术和广义简约梯度法以铲斗、斗杆和动臂油缸的工作压力最小为目标,对铲斗机构、斗杆机构、动臂机构的构造点进行了仿真优化设计。

仿真结果表明,在规定的约束条件下,工作装置达到了优化设计的目的。

关键词:ADAMS;挖掘机;工作装置;仿真中图分类号:T D422.2文献标志码:A文章编号:1003-0794(200903-0015-03Based on ADA MS of W orki n g Equi p ment ofExcavator Devi ce Si m ul ati on and Desi gn Opti m i zati onPAN Y u-an1,CHENG Hong-t ao2,J I ANG D i-you2,L I ANG Gang3,N I E Tao-sun1(1.Mechatr onics College,J ingdezhen Cera m ic I nstitute,J ingdezhen333403,China;2.J iangxi B lue Sky University Yaohu B ranch,Nanchang330098,China;3.J ingdezhen Comp rehensive College,J ingdezhen333000,ChinaAbstract:Backhoe work device of the class virtual p r ot otype ADAMS si m ulati on mode has been estab2 lished.The m ini m u m target which bucket and ar m and boom oil cylinder of working p ressure based on virtual p r ot oyp ing technol ogy and generalizded reduced gradient method.Op ti m ized the bucket mecha2 nis m,ar m mechanis m and boom mechanis m of the constructi on point.Under the regulati ons of constraint conditi ons,the si m ulati on results show that it successfully.Key words:ADAMS;excavat or;working equi pment;si m ulati on0引言单斗挖掘机是一种应用广泛的工程机械。

电铲工作装置EDEM Adams Simulink联合动态仿真引言：电铲工作装置是大型挖掘机的重要组成部分，它通过一系列的动作来完成挖土、装载等作业任务。

为了确保电铲工作装置的稳定性和性能，需要进行动态仿真来验证和优化设计方案。

本文将介绍一种基于EDEM、Adams和Simulink的联合动态仿真方法，以验证电铲工作装置的性能。

一、电铲工作装置的工作原理电铲工作装置由挖斗、铲杆、翻转臂、回转系统、液压系统等部分组成。

在工作时，液压系统通过控制液压缸和液压阀来实现铲杆和挖斗的运动，同时通过驱动电机和齿轮来实现翻转臂和回转系统的运动。

整个过程需要保证各部件之间的协调运动，以完成挖掘、装载等作业任务。

二、EDEM的应用EDEM是一款基于离散元素方法（DEM）的颗粒流动模拟软件，其可以模拟颗粒材料在运动过程中的动力学行为。

在电铲工作装置的仿真中，EDEM可以模拟挖掘、装载等过程中土石颗粒的运动和互动，从而可以评估挖掘力、装载稳定性等性能指标。

三、Adams的应用Adams是一款多体动力学仿真软件，其可以模拟多体系统在力和运动学约束下的运动行为。

在电铲工作装置的仿真中，Adams可以模拟铲杆、挖斗、翻转臂等部件的运动，同时考虑挖掘力、惯性力、地形阻力等外部力的作用，从而可以评估各部件的受力情况和协调运动。

四、Simulink的应用Simulink是一款基于图形化建模的仿真软件，其可以模拟系统的控制逻辑和动态响应。

在电铲工作装置的仿真中，Simulink可以模拟液压系统的控制逻辑和动作响应，同时考虑液压缸、液压阀的压力、流量等特性，从而可以评估液压系统的动态性能。

五、联合动态仿真方法为了更真实地模拟电铲工作装置的工作过程，可以将EDEM、Adams和Simulink进行联合动态仿真。

使用EDEM模拟挖掘、装载等过程中土石颗粒的运动和互动，得到挖掘力、装载稳定性等性能指标；然后，将这些结果作为Adams的输入，模拟铲杆、挖斗、翻转臂等部件的运动以及受力情况；将Adams的结果作为Simulink的输入，模拟液压系统的控制逻辑和动作响应，评估液压系统的动态性能。

1 绪论1.1液压挖掘机发展现状1.1.1挖掘机的发展概况挖掘机械的最早雏形，远在十六世纪于意大利威尼斯用于运河的疏浚工作。

随着工业发展，科学技术的进步，单斗挖掘机也由于新技术、新工艺的采用而不断地发展改进,但它的基本工作原理至今未变。

动力装置以及控制方式的不断革新，基本上反映了挖掘机发展的以下几个阶段：1.蒸汽机驱动的挖掘机，从发明到广泛应用，大约经历了100年。

当时主要用于开挖运河和修建铁路。

结构型式由轨道行走的半回转式，发展到履带行走的全回转式。

2.挖掘机传动型式的液压化，是挖掘机由机械传动型式的传统结构发展到现代结构的一次跃进。

随着液压传动技术的迅速发展，四十年代至五十年代初挖掘机开始应用于液压传动，并且由半液压发展到全液压传动。

产量日益增长，六十年代初期液压挖掘机产量占挖掘机总产量的15%，发展到七十年代初期占总产量90%左右，近年来，西欧市场出售的挖掘机几乎己全部采用液压传动。

与此同时，斗轮挖掘机、轮斗挖沟机等工作装置和臂架升降等部分也采用了液压传动。

大型矿用挖掘机在基本传动型式不变的情况下，其工作装置也改为液压驱动。

3.控制方式的不断革新，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操作和电气控制，无线电遥控。

最近又出现了电子计算机综合程序控制，控制人员可在远离施工现场的集中控制室内通过工业电视监视数台挖掘机工作。

1.1.2液压挖掘机的发展趋势液压挖掘机在工业与民用建筑、道路建设、水力、矿山、市政工程等土石施工中均占有重要位置。

并反映了这些部门的施工机械化水平。

是交通运输、能源开发、城镇建设以及国防施工等各项工程建设的重要施工设备，是国民经济建设迫切需要的装备。

重视和加速挖掘机改进创新，稳定提高产品质量，满足用户需求，对加速现代化工程建设有着重大的意义。

一.液压挖掘机国外发展现状液压挖掘机的生产水平反映机械化施工的水平和能力。

国外，特别是西欧几个国家从50年代开始研制液压挖掘机，到60年代中小型液压挖掘机已成批生产;70年代初液压挖掘机斗容己发展到8m3，开始进入矿山开采;80年代大型液压挖掘机技术已成熟，生产斗容16-35 m3，机重达650t。

8t 液压挖掘机工作装置的运动仿真王健，王虎奇*（广西科技大学机械工程学院，广西柳州545006）摘要：使用Creo2.0软件对挖掘机工作装置进行三维建模，基于动力学分析软件ADAMS2016建立虚拟样机，并进行运动仿真，设计相关的step 函数，实现挖掘机工作装置某些特殊工况，进一步得出整个工作装置的轨迹包络图，从而获得一些重要工作参数如最大挖掘半径、最大挖掘深度、最大卸载高度等.同时建立工作装置的数学模型，并通过MATLAB 软件进行编程计算，来探索挖掘机的工作性能及运动规律.仿真所得的数据可以为后期优化改进提供理论依据和设计参考.关键词：Creo2.0；ADAMS2016；工作装置；数学模型；运动仿真中图分类号：TU621，TH137DOI ：10.16375/45-1395/t.2019.01.0140引言随着计算机辅助设计技术的发展，虚拟样机技术已广泛应用于各个领域[1].挖掘机作为一种工程中被广泛使用的机械，使用虚拟样机进行仿真，可以缩短新产品研制和开发，提高产品的设计质量，降低产品的研发成本，进行创新性设计[2].而工作装置作为挖掘机重要组成部分，其性能优劣不仅直接影响挖掘机的生产效率，还决定整机的可靠性[3].实物样机高昂的成本使得液压挖掘机的研发极具风险，困难重重，因此，工程师可在计算机上建立挖掘机的三维实体模型，并对模型进行分析.可通过修改不同参数直观快速地观察、研究车辆的运动和工作状态、动态显示仿真数据结果，从而达到降低产品成本、缩短开发周期、提高产品质量和生产效率[4].为了获得挖掘机工作装置的一些重要参数，做进一步的优化设计，笔者使用软件建立虚拟样机并进行运动仿真，以其建立数学模型对运动规律进行探索.1挖掘机的工作装置的运动分析挖掘机工作装置采用连杆机构原理[5]，是以3组液压缸为原动件的三自由度连杆机构，通过调整各组液压缸伸缩长度的变化，进而使得铲斗完成不同工况下的工作任务.基于挖掘机工作装置运动原理，以各个液压杆的变化量为自变量，以相邻两杆组间关节回转量[6]为因变量，再通过关节回转量与位置坐标间的数学关系，来建立挖掘机工作装置的数学模型，其示意图如图1所示.挖掘机工作装置各铰点的位置可以由图1的A 、B 、C 、D 四点的位置坐标所表示，分别为：ìíîïïïïA :(X A ,Y A )=(0,P )B :(X B ,Y B )=(L 1cos θ1,P +L 1sin θ1)C :(X C ,Y C )=(X B +L 2cos(θ1+θ2),Y B +L 2sin(θ1+θ2))D :(X D ,Y D )=(X C +L 3cos(θ1+θ2+θ3),Y C +L 3sin(θ1+θ2+θ3))（1）式中：L i 是杆件的长度，θi 是相邻两杆间的关节回转量，P 是A 铰点的初始高度.收稿日期：2018-09-09基金项目：国家自然科学基金项目（51565006）资助.*通信作者：王虎奇，博士，教授，研究方向：工程机械结构系统优化设计，E-mail ：2961599906@.第30卷第1期2019年3月广西科技大学学报JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.30No.1Mar.2019第1期式（1）中4点的坐标位置由关节回转量θ1、θ2、θ3的值所决定，而这3个角度变化值取决于液压杆伸缩长度L 7、L 4、L 15的变化，其中的关系可由式（2）表示：ìíîïïïïïïïïθ1=arccosL 28+L 29-L 272L 8L 9+β6-π2-β5θ2=arccos L 26+L 25-L 242L 6L5+β1+β3-πθ3=β7-(π-β8-β10-β11) （2）式中：βi 表示杆件间的夹角.铲斗、斗杆液压杆与斗杆之间是由一个四杆机构相连接的，其连接部分示意图如图2所示.通过液压杆L 15的伸缩变化，在连杆与摇杆销接的铰点施加力矩，引发四杆机构的变形，从而使得铲斗产生绕铰点C 旋转运动.由于四杆机构的位置变化复杂，需要更为复杂的函数关系，则式（2）中θ3与L 15[7]的关系可以由式（3）表示：ìíîïïïïïïïïïïβ12=arccos(L 212+L 216-L 2152L 12L 16)β9=2π-β12-β13L 10=L 212+L 213-2L 12L 13cos β9β10=arccos(L 213+L 210-L 2122L 13L 10)β11=arccos(L 214+L 210-L 2112L 14L 10)（3）使用MATLAB 软件进行编程以及数学模型的数据计算，通过改变液压杆的伸缩量，可以得出关键点的位置坐标，以此来检验数学模型的正确性.2工作装置动力学模型的建立及其仿真2.1工作装置的简化约束模型导入到ADAMS 中的模型很好地保留了原来所建模型的各种属性，但是原有模型各个部件间的装配关系已不复存在，各零件只是按原来的位置关系独立地存在于ADAMS 环境中[8].为了实现进一步的操作，必须将各个部件通过约束副重新组装起来.挖掘机工作装置的重要组成部分如图3所示，其运动方式主要由液压缸与液压杆的平移运动以及各个图1工作装置的几何关系示意图Fig.1Schematic diagram of working device geometry图2斗杆与铲斗连接部位的几何关系示意图Fig.2Schematic diagram of geometric relation be-tween bucket bar and bucket王健等：8t 液压挖掘机工作装置的运动仿真91第30卷广西科技大学学报杆件间的旋转运动组成，为了模拟挖掘机的工作方式，需要在各个部件间设置相对应的约束副，所定义的约束副如表1所示.2.2模型的仿真为了让模型完成既定的动作，需要在定义的运动中输入对应的函数.ADAMDS 软件通常采用的函数是step 函数，它的表述形式是：step （t ，t 0，x （t 0），t 1，x （t 1）），其中t 表示函数自变量，t 0表示自变量的初始值，x （t 0）表示自变量函数的初始值，t 1表示自变量的结束值，x （t 1）表示自变量函数的结束值[9].此次仿真选取自变量为时间，自变量函数为液压杆的伸缩长度.2.2.1各运动的step 函数此仿真过程模拟了挖掘机由挖掘到提臂回转到卸料再到空斗返回的全过程，所定义的具体工况与step 函数如下所示：1）预调整：斗杆与铲斗液压缸处于全缩状态，动臂液压缸处于全伸状态.2）挖掘工况此工况：①动臂挖掘工况：动臂开始收缩至最大行程，可以得到最大挖掘半径.②斗杆挖掘工况：收缩部分铲斗液压杆，使其铲齿与斗杆共面，从而可以得到最大挖掘深度[10].3）提臂回转工况：全缩铲斗液压杆进行装载，然后全缩斗杆以及动臂液压杆.4）卸料工况：铲斗达到最大卸料高度时，全缩铲斗液压杆，完成卸料.5）空斗返回工况：收缩各液压缸，使工作装置到达初始位置.模型仿真过程中所定义的具体step 函数及齿尖在仿真过程中所作的x 与z 方向的位移如表2、图4所示.注：1-行走装置；2-旋转平台;3-动臂斗杆；4-动臂液压缸；5-动臂液压杆；6-斗杆液压缸；7-斗杆液压杆；8-斗杆；9-铲斗液压缸；10-铲斗液压杆；11-摇杆；12-连杆；13-铲斗图3工作装置的简化模型图Fig.3Simplified model diagram of workingdevice运动副圆柱副球副旋转副移动副固定副部件1斗杆液压缸铲斗液压缸摇杆动臂液压缸动臂液压杆斗杆液压杆铲斗液压杆连杆旋转平台动臂斗杆铲斗动臂液压缸斗杆液压缸铲斗液压缸行走装置行走装置部件2动臂斗杆斗杆旋转平台动臂斗杆连杆摇杆动臂斗杆铲斗连杆动臂液压杆斗杆液压杆铲斗液压杆地面旋转平台表1各部件所定义的约束副Tab.1Constraint pairs defined by each component仿真过程预调整挖掘提臂回转卸料空斗返回动臂step （t ，0，0，5，-179）step （t ，15，0，20，891）step （t ，30，0，35，-891）step （t ，45，0，50，179）斗杆step （t ，5，0，10，357）step （t ，21.5，0，26.5，-791）step （t ，35，0，40，791）step （t ，50，0，55，-357）铲斗step （t ，10，0，15，348）step （t ，20，0，21.5，-174）+step （t ，26.5，0，30，-460）step （t ，40，0，45，634）step （t ，55，0，60，-348）表2各个过程的step 函数Tab.2Step function for each procedure92第1期2.2.2工作装置的仿真运动轨迹及后处理结果1）工作装置斗杆挖掘过程的运动仿真在此仿真过程中，不仅可以模拟出挖掘机的一些重要性能参数，更重要的是能找出铲尖仿真至任意位置时液压杆对应的伸缩量.通过调整上面step 函数，使铲尖到达斗杆全缩，铰点B 、C 、D 位于同一直线的位置，之后再改变动臂液压杆伸缩量，使其到达z 方向位移为0的位置.最后调整斗杆的step 函数来模拟斗杆挖掘工况，通过在铲尖设计方向与大小随着铲斗位置变化的切向力与法向力的step 函数，来模拟挖掘机斗杆挖掘的挖掘阻力，同时在铲斗重心处设计一个始终竖直向下的力的step 函数，来模拟物料的重力变化.其中所设计的斗杆挖掘step 函数及关键铰点的外载荷变化如图5所示.如图5所示，在19.5～22.0s 内，斗杆挖掘的挖掘阻力和物料重力随着铲斗关节回转角度的增加而逐渐增加，此时各个关键铰点所受到的外力载荷也在不断增加，其中动臂平台铰接点的受力变化最为显著；在22.0～25.0s 内，铲斗挖掘物料结束开始提臂，挖掘阻力开始不断减小，物料重力保持不变，各个关键铰点的外力载荷开始不断减小.2）工作装置运动全过程运动仿真通过软件的后处理模块所得到的x、z 方向的位移图，可得到的如图6所示的一些常用数据，其具体数据如表5所示.3）仿真结果、模型计算结果与实际设计值的数据对比数据对比如表6所示，由表6可以统计出：实际设计值、数学模型计算值与仿真值对比所产生误差在0.91%之内，符合重型机械设计标准，因此仿真所得的数据可以作为设计的参考.表3斗杆挖掘过程中位置调整的step 函数Tab.3Step function of position adjustment duringbucket bar mining process部件动臂斗杆铲斗Step 函数step （t ，0，0，5，-179）+step （t ，15，0，19.5，500）step （t ，5，0，10，357）+step （t ，19.5，0，25，-791）step （t ，0，0，5，348）+step （t ，5，0，10，-174）外载荷切向力法向力重力Step 函数step （t ，19.5，0，22，17036.8）-step （t ，22，0，24.5，17036.8）step （t ，19.5，0，22，-7155.5）-step （t ，22，0，25，-7155.5）step （t ，19.5，0，22，5400）表4斗杆挖掘过程中外力变化调整的step 函数Tab.4Step function of external force change adjustmentduring bucket bar mining process图4铲齿仿真过程的x-z 方向位移Fig.4X-z direction displacement in the process of shoveltooth simulation 图5斗杆挖掘工况下关键铰点受外力载荷图Fig.5Loading diagram of the key hinge points of the bucket barexcavation王健等：8t 液压挖掘机工作装置的运动仿真93第30卷广西科技大学学报3结论基于D-H 矩阵原理构建工作装置数学模型，利用MATLAB 软件编程计算，再使用ADAMS 软件进行仿真，最后所得的结果与实际设计值相比较.结果表明：ADAMS 运动仿真与实际设计的参数间没有太大误差，与数学模型计算值间的对比也检验了所建立数学模型的正确性.同时还仿真了斗杆挖掘工况，得出了斗杆挖掘每个瞬时各个关键铰点外载荷以及作用力最为明显的位置.上述的过程不仅可以检验仿真结果的准确性，而且可以深化对工作装置运动学原理的理解，所建立的正确数学模型还可以为挖掘机的改良开发提供了研究依据，为进一步的优化改进提供了理论基础.参考文献[1]石明全，薛运锋，陈维义，等.某发动机的参数化动态仿真分析[J].郑州大学学报（工学版），2005，26（3）：79-82.[2]魏海燕.虚拟制造技术的相关概念及其应用[J].机械工程师，1999（9）：1-2.[3]谢贤彬.挖掘机工作装置CAD 系统的研究与开发[D].沈阳：东北大学，2007.[4]廖抒华，杨帆，唐兴，等.基于ADAMS 的微车万向传动装置的振动优化[J].广西科技大学学报，2014，25（2）：50-53.[5]张芒国.机液一体化虚拟样机技术研究[D].济南：山东大学，2005.[6]臧庆凯.六自由度机械手运动学与运动规划研究[D].柳州：广西工学院，2012.[7]陈钰尘.小型液压挖掘机工作装置的参数化设计及仿真分析[D].成都：西南交通大学，2010.[8]秦成，史淑玲.挖掘机摇臂机构的虚拟样机研究[J].机械工程师，2008（3）：133-134.[9]李光，仝雷强，张永明，等.基于Pro/E 及ADAMS 的液压挖掘机整机机构的建模与运动仿真[J].机械管理开发，2010，25（6）：46-47.[10]孙克义.液压挖掘机工作装置的动力学分析与仿真[D].兰州：兰州理工大学，2014.Motion simulation of 8t hydraulic excavator working deviceWANG Jian ，WANG Huqi *（School of Mechanical Engineering ，Guangxi University of Science and Technology ，Liuzhou 545006，China ）Abstract ：Creo2.0software is used to build the three-dimensional model of excavator working device.Based on ADAMS2016software ，the virtual prototype is built ，and the motion simulation is carried out.The step function is designed to realize some special working conditions and obtain the trajectory注：a -最大挖掘高度；b -最大挖掘深度；c -停机面最小挖掘半径；d -最大挖掘半径；e -最大卸载高度图6工作装置轨迹包络图Fig.6Envelope diagram of working devicetrack表5工作装置仿真数据表Tab.5Working device simulation data tablemm工作参数仿真值最大挖掘高度6738.3最大挖掘深度4036.4停机面最小挖掘半径6194.9最大挖掘半径6417.4最大卸载高度4716.6表6实际数据与仿真结果的对比Tab.6Comparison of actual data and simulation results mm工作参数最大挖掘半径最大挖掘深度最大卸料高度实际设计值640040554760仿真值6417.44036.44716.6数学模型计算6392.64026.24740.594第1期envelope diagram of the whole working device.Some working parameters are obtained ，such as maxi-mum excavation radius ，maximum excavation depth ，maximum unloading height and so on.At the same time ，the mathematical model of the working device is established ，and the program calculation is carried out by MATLAB software to explore the working performance and movement rules of exca-vator.The simulation data can provide theoretical basis and design reference for later optimization and improvement.Key words ：Creo2.0;ADAMS2016;working device;mathematical model;simulation（责任编辑：黎娅）王健等：8t 液压挖掘机工作装置的运动仿真ing system for mobile navigation devices[C]//International Conference on Consumer Electronics ，IEEE ，2013：655-656.[8]ZHANG D ，FANG B ，YANG W ，et al.Robust inverse perspective mapping based on vanishing point[C]//International Confer⁃ence on Security ，Pattern Analysis ，and Cybernetics.IEEE ，2014：458-463.[9]王鹏霏，罗文广，曹月花，等.基于DM6437的视频采集硬件系统研发[J].广西科技大学学报，2016，27（1）：19-25.[10]赵英汉，方华.基于TMS320DM642的视频处理系统的设计[J].广西工学院学报，2010，21（4）：34-37.[11]徐芳，刘金红，王宣.基于标定的CCD 图像畸变校正方法研究[J].液晶与显示，2013，28（4）：633-640.[12]刘祥峰.基于鱼眼相机的全景环视系统关键技术研究[D].成都：电子科技大学，2016.[13]曹毓，冯莹，雷兵，等.逆透视映射公式的误差分析及准确度验证[J].光子学报，2011，40（12）：1833-1838.[14]胡坤福，高虹，范晓娟，等.基于DM6437的逆投影变换技术[J].物联网技术，2017（7）：65-67，70.Study on on-board panoramic vision systemGAO Hong 1，LUO Wenguang 1，WANG Zhaojie 1，LIU Decheng 1，BIN Yang *2（1.School of Electrical and Information Engineering ，Guangxi University of Science and Technology ，Liuzhou 545006，China;2.Engineering Research Center of Mechanical Testing Technology and Equipment （Ministry of Education ），Chongqing University of Technology ，Chongqing 400054，China ）Abstract ：A real-time on-board omni-vision system is developed ，which is able to realize the real-time acquisition ，transformation ，stitching and display of four channels ’video.Firstly ，the wide-an-gle camera is used to acquire real-time videos from the front ，rear ，right and the left of the vehicle.Then ，the internal and external parameters of the camera are obtained by using Zhang ’s calibration method ，and the wide-angle distorted image is corrected.By means of the inverse perspective transfor-mation ，the coordinate mapping relationship between the image coordinate and the world coordinate is established ，and the processing speed of the inverse perspective transformation is improved significant-ly by transferring it into the explicit mode of lookup table.At last ，the omni-direction videos are stitched and displayed.Experimental results show that the system has less interference and can meet real-time requirements.Key words ：omni-vision real-time system;wide-angle camera;Zhang ’s calibration method;inverse perspective transformation;image mosaic（责任编辑：黎娅）（上接第89页）95。

基于SolidWorks的挖掘机工作装置虚拟设计借助三维设计软件SolidWorks进行挖掘机工作装置的虚拟设计，不仅可以真实地反映挖掘机工作装置的几何形状，还能反映各部件的空间位置，有效地检测工作装置各部件之间是否发生千涉与碰撞，通过运动力学分析，检验工作装置作业过程的合理性和正确性。

虚拟产品开发技术用计算机模拟整个产品的开发过程，在计算机中进行产品设计、分析、加工等过程，这样不仅省去了制造样机进行反复实验、修改等环节，同时也大大缩短了产品的开发周期，降低了产品成本，而且为今后新产品的开发创新建立了基础模型。

1、虚拟设计技术虚拟设计是一种新兴的多学科研究成果交叉技术。

它是以计算机辅助设计为基础，将产品从概念设计到投入使用的全过程在计算机上构造的虚拟环境中虚拟地实现，代表了一种全新的制造体系和模式。

它涉及多方面的学科研究成果与专业技术，通过以虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象，产品设计过程中可以实现更自然的人机交互。

同时利用这项技术能够更好地把握新产品开发周期的全过程，也可以大大减少实物模型和样机的制造。

所以，这项技术对缩短产品开发周期、节省制造成本有着重要的意义。

2、SolidWorks软件美国SolidWorks公司开发的基于SolidWorks操作系统的三维设计软件SolidWorks是集设计、运动校核及有限元分析于一体的强大的应用软件，其建模速度快、直观，并且能充分显示出各部件运动中相互之间的协调关系。

该软件集成了多个专业功能，如结构分析Cosmos/ Works,数控加工CAMworks、运动分析MotianWorks等，是一个交互式CAD/CAM/CAE系统。

SolidWorks软件的基本设计思路为"实体造型-虚拟装配-二维图纸"。

三维实体建模使设计过程形象而且直观;虚拟装配可以实现设计过程的随时校验，从而避免可能造成的直接经济损失;二维图纸的自动绘制也满足了实际生产的需求，从而完全满足机械设计企业的设计生产要求。

挖掘装载机装载工作装置动力分析、动态应力仿真研究及动臂结构拓扑优化一、本文概述本文旨在深入研究挖掘装载机装载工作装置的动力学特性，通过动态应力仿真分析，揭示装载工作装置在作业过程中的应力分布与变化规律，并在此基础上，对动臂结构进行拓扑优化，以提升其结构性能和使用寿命。

研究过程中，将结合理论分析、仿真模拟和实验验证等多种手段，构建全面、精确的动力学模型，并对模型的有效性进行验证。

本文的研究成果将为挖掘装载机的设计与优化提供重要的理论依据和技术支持，有助于提高装载机的作业效率和安全性能，促进挖掘机行业的持续发展。

在文章的结构安排上，首先将对挖掘装载机装载工作装置的动力学特性进行概述，为后续研究奠定基础。

接着，将详细介绍动态应力仿真分析的方法与过程，包括模型的建立、边界条件的设定、仿真结果的分析等。

在此基础上，将探讨动臂结构的拓扑优化方法，包括拓扑优化理论、优化模型的构建以及优化结果的评价等。

将通过实验验证仿真分析的有效性和拓扑优化的可行性，进一步说明研究成果的实用价值和应用前景。

本文将全面深入地挖掘装载机装载工作装置的动力学特性和动态应力变化规律，通过对动臂结构的拓扑优化，为挖掘装载机的设计与优化提供有力支持，推动挖掘机行业的技术进步和创新发展。

二、挖掘装载机装载工作装置动力分析挖掘装载机作为工程机械的重要组成部分，其装载工作装置的动力性能直接决定了机器的作业效率和稳定性。

因此，对挖掘装载机装载工作装置进行动力分析具有重要意义。

动力分析的主要目的是揭示装载工作装置在作业过程中的动力学特性，包括动态响应、振动特性以及能量传递等。

通过动力分析，可以深入了解装载工作装置在不同工况下的受力状态和运动规律，为后续的动态应力仿真研究和结构优化提供理论支持。

在动力分析过程中，通常采用多体动力学仿真软件建立装载工作装置的三维模型，并设置相应的约束条件和驱动函数。

通过仿真计算，可以模拟装载工作装置在实际作业过程中的动态行为，获得关键部件的动态位移、速度和加速度等动力学参数。