基于ADAMS的搓管钻机动力学仿真分析

2009年 6月郑州大学学报(工学版)Jun 1　2009第30卷　第2期Journal of Zhengzhou University (Engineering Science )Vol 130　No 12 收稿日期:2008-09-27;修订日期:2008-12-11 作者简介:周宏兵(1967-),女,湖南湘阴人,中南大学副教授,博士,主要从事工程机械机电液一体化技术方面的研究,E -mail:zhbjcr@yahoo . 文章编号:1671-6833(2009)02-0071-04基于ADA MS 仿真技术的挖掘机铰点受力分析周宏兵1,2,胡雄伟1,孙永刚1,王惠科1(1.中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;2.湖南山河智能机械股份有限公司,湖南长沙410100)摘　要:为了获得挖掘机工作时主要铰接点处的连续受力变化值,利用Pr o /E 4.0和ADAMS 2005两种软件,建立了S W E90U 液压反铲挖掘机的虚拟样机.在虚拟环境中,分别模拟了该挖掘机的铲斗挖掘、斗杆挖掘和平整操作3种典型工作状态,并针对该挖掘机的4个主要铰接点的受力情况进行了分析研究,得到了一系列相应的铰接点受力变化曲线.结果表明,动臂与斗杆铰接点的受力情况变化最为剧烈,而摇杆与斗杆铰接点的受力情况变化最为平缓.关键词:ADAM S;液压挖掘机;仿真;铰点中图分类号:T U 621 文献标识码:A0　引言由于液压挖掘机工作状况的复杂性,其工作装置的受力情况也相当复杂.过去,人们往往只能按照由经验所确定的工作位置来研究挖掘机各铰接点的受力情况,得到仅是一些离散的、特定位置的受力值,难以完整地反映实际情况,且其正确性尚值得商榷[1-2].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[3].但目前针对挖掘机铰点受力的仿真研究还比较少,且还停留在单一工况研究上.笔者采用ADAMS的多刚体动力学模型[4],其数学形式为一系列以各刚体运动位置、姿态、速度和加速度为变量的非线性微分动力学方程,以及由各个约束所形成的非线性代数方程.对这些方程进行联立数值积分求解即可获得各离散时刻各刚体运动的位移、速度和加速度等运动物理量以及各铰接点处的约束反力等信息.1　虚拟样机的建立1.1　Pr o /E 三维实体模型的建立挖掘机的主要结构包括机身、动臂装置、斗杆装置、铲斗装置,其机构拓扑图如图1所示.根据S W E90U 挖掘机的设计图纸,采用三维实体造型软件Pr o /E,逐一建立上述构件的实体模型,并使用自底向上的装配方法完成整个挖掘机的实体模型.为了提高在ADAMS 中的计算效率,在建立模型时对实物进行了必要的简化,如省略了与研究无关的推土板和销钉、卡环等细小构件.图1　挖掘机机构拓扑图F i g .1　Topolog i ca l graph of the excava tor m echan is m1.2　ADAMS 虚拟样机的建立在Pr o /E 环境中,将建立的挖掘机整机模型保存为Paras olid 格式的文件,然后进入ADAMS 环境,在File 菜单选择I m port 命令将之导入.导入到ADAMS 中的模型很好地继承了原来Pr o /E 模型的各种属性,包括位置关系、质心位置、转动惯量和质量信息,但是模型中原有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[6],因此必须通过添加约束来将它们重新装配起来.所添加的具体约束情况如下:在机身与Gr ound 之间添加固定副,在各连接铰点处添加转动副,在各油缸和其活塞杆之间添加移动副.在各72　郑州大学学报(工学版)2009年移动副上添加驱动,并将动臂油缸移动副驱动、斗杆油缸移动副驱动、铲斗油缸移动副驱动分别重命名为dongbiqudong 、douganqudong 和chandouqu 2dong .设置长度单位为m,力的单位为N;设置重力的方向为-Y 向,即竖直向下的方向,大小为-9.80665m /s 2.完成后的虚拟样机模型如图2所示.图2　虚拟样机模型F i g .2　V i rtua l Prototype2　工作状况仿真与分析液压反铲挖掘机用途广泛,不仅可以进行基坑挖掘,还可以进行针对施工面的平整、压实等操作.下面将针对挖掘机的3种工作状况进行仿真与分析.2.1　铲斗挖掘工况仿真由文献[1]知,当挖掘机采用铲斗挖掘方式工作时,铲斗挖掘阻力的最大切向分力可用下式表示:F t m ax =C [R (1-cos <max )]1.35BA ZX +D (1)式中:C 为土壤的硬度系数;R 为铲斗切削半径,c m ;<max 为挖掘过程中铲斗总转角的一半;B 为切削刃宽度影响系数,B =1+2.6b ;b 为铲斗平均宽度,m ;A 为切削角变化影响系数,一般取A =1.3;Z 为斗齿影响系数,有齿时,Z =0.75;X 为斗侧壁厚度影响系数,X =1+0.03s,其中s 为侧壁厚度,c m ;D 为切削刃挤压土壤的力,根据斗容量的大小在D =10000～17000N 的范围内选取.对于S W E90U 挖掘机,取<max =55°,R =105c m ,b =0.68m ,Z =0.75,s =2c m ,D =10100N ,由式(1)可得,F t max =48866.3N .铲斗挖掘阻力的法向分力F n 数值较小,一般F n =0～0.2F t ,土质越均匀,F n 数值越小.在此,取F nmax =0.2F t max =9733.26N .这种工作方式下,铲斗对土壤的切削方式为大曲率切削,挖掘阻力与挖掘深度基本上成正比.由于挖掘的前半过程的切削角不利,会产生较大的阻力,因此挖掘阻力的最大值将出现在挖掘过程中间偏前的位置.根据S W E90U 挖掘机的工作情况按位移方式设置各液压缸的驱动函数如表1所示,它们将使虚拟样机完成从图2所示姿态开始采用铲斗挖掘方式进行基坑挖掘,满斗后提升至装车高度的一系列动作.表1　铲斗挖掘的驱动及阻力函数Tab .1　Functi ons of moti ons and resist ances i n bucket di gg i n g项目函数表达式Dongbiqudong step (ti m e,0.8,0,1.6,-0.19)+step (ti m e,6.3,0,9,0.4207)Douganqudong step (ti m e,0,0,0.5,-0.118)+step (ti m e,6.3,0,9,0.429)Chandouqudongstep (ti m e,0,0,1.6,-0.31)+step (ti m e,1.6,0,6.3,0.68)F t step (ti m e,1.6,0,3.25,48866.3)+step (ti m e,3.25,0.5,-48866.3)F n step (ti m e,1.6,0,3.25,9733.26)+step (ti m e,3.25,0,5,-9733.26)G wstep (ti m e,2.3,0,6.3,4802) 根据前述原因和油缸驱动过程,相应地设置铲斗挖掘阻力的切向分力F t 的函数、法向分力F n 的函数和挖掘过程中铲入铲斗的物料重力G w的函数如表1所示.其中,切向分力的方向始终垂直于铲斗切削半径R,法向分力始终沿着铲斗切削半径R,它们的具体方向将随铲斗位置的变化而变化,而物料重力的方向则总是竖直向下的.采用以上设置进行仿真,得到各铰接点受力的变化曲线如图3(a )所示.1.6s 时,铲斗活塞杆由原来的回缩状态开始转向外伸状态,推动铲斗进行挖掘,速度变化较大,因此各铰点受力曲线都出现了一个较小的峰值;3.25s 左右,挖掘阻力达到峰值,各铰点也基本处于最大受力状态,其中动臂与斗杆铰接点的受力高达290150N;5.6s 后,铲斗挖掘基本结束,机构运动仅受挖入铲斗的物料重力的影响,各铰点受力都维持在一个较小值.2.2　斗杆挖掘工况仿真由文献[1]知,当挖掘机采用斗杆挖掘方式工作时,斗杆挖掘的切向阻力可按下式计算:W t =K 0q0.01745r φK s(2)式中:K 0为挖掘比阻力;q 为铲斗容量;r 为斗杆挖掘时的切削半径,即动臂与斗杆铰点至斗齿尖的距离;K s 为土壤松散系数;φ为斗杆在挖掘过程中的总转角.　第2期周宏兵等　基于ADAMS 仿真技术的挖掘机铰点受力分析73　这种工况下,斗齿对土壤的切削行程比较长,切土厚度在挖掘过程中可以看作常数,因此斗杆挖掘阻力也可以当作常数处理.一般,切削厚度较小,所以斗杆挖掘阻力比铲斗挖掘阻力小得多.对于S W E90U 挖掘机,q =0.28m 3,当r =2.5719m 时,取K 0=13×104N /m 2,K s =1.14,φ=73°,由式(2)可得,W t =9747N .根据经验公式W n =ψW t ,ψ为常系数,在此取ψ=0.62,得W n=6043.15N .与铲斗挖掘时类似,设置各液压缸的驱动函数如表2所示,它们将使虚拟样机完成从图2所示姿态开始采用斗杆挖掘方式进行基坑挖掘,满斗后提升至装车高度的一系列动作.相应设置斗杆挖掘阻力的切向分力W t 的函数、法向分力W n 的函数和挖掘过程中铲入铲斗的物料重力G ′w 的函数如表2所示.仿真后得到各铰接点受力的变化曲线如图3(b )所示.表2　斗杆挖掘的驱动及阻力函数Tab .2　Functi on s of m oti on s and resist ances i n ar m d i gg i n g项目函数表达式Dongbiqudong step (ti m e,0.5,0,1.3,-0.19)+step (ti m e,4.8,0,7.5,0.4207)Douganqudongstep (ti m e,0,0,0.5,-0.1117)+step (ti m e,1.3,0,4.0,0.5704)Chandouqudongstep (ti m e,0,0,0.3,-0.0517)+step (ti m e,4.0,0,4.8,0.1168)+step (ti m e,4.8,0,7.5,0.2542)W t step (ti m e,1.2,0,1.3,9747)+step (ti m e,4,0,4.3,-9747)W nstep (ti m e,1.2,0,1.3,6043.1)+step (ti m e,4,0,4.3,-6043.1)G ′wstep (ti m e,1.5,0,4.8,4802) 1.3s 至4.0s,斗杆活塞杆外伸推动斗杆进行挖掘,由于挖掘阻力的作用,各铰点受力都处于较大值,其中动臂与斗杆铰接点受力最为复杂,最大值达到134180N;4.8s 时,为防止铲入斗内的物料撒出,铲斗液压缸进行了速度的调整,因此各铰点受力都出现了一个较小的波动.2.3　平整操作工况仿真当挖掘机进行施工面平整操作时,一般要求挖掘角恒定,铲斗在平整面上做平动,铲斗末端速度保持匀速,但为防止冲击,一般在起始阶段匀加速,而终止阶段匀减速[7].此时铲斗的斗齿所受到的阻力主要是切向的碎土旁移阻力,其数值很小.当遇到小石块等障碍物时,阻力值可能会瞬时增大.因此,设置阻力函数为:step (ti m e,0,0,0.7,600)+step (ti m e,2.1,0,2.15,1200)+step (ti m e,2.15,0,2.2,-1200)+step (ti m e,3.2,0,3.6,800)+step (ti m e,3.6,0,3.8,-800)+step (ti m e,4.5,0,4.55,600)+step (ti m e,4.55,0,4.6,-600)平整操作属于精细作业,我们无法估计其各驱动油缸的具体运动,但铲斗的运动却非常简单,因此可以通过在铲斗尖施加点驱动带动各驱动油缸运动,利用ADA MS 强大的测量功能得到它们的运动曲线,然后在后处理模块中将得到的运动曲线转化为驱动油缸运动的样条函数,用这些函数定义各油缸的驱动函数.本次仿真中用到的点驱动函数和转换后得到的各油缸驱动函数如表3所示.表3　平整操作的驱动函数Tab .3　Functi on s of m oti on s i n s m ooth opera ti on项目函数表达式点驱动(速度方式)TraX:step (ti m e,0,0,0.7,-0.2)+step (ti m e,6.3,0,7,0.2)TraY:03ti m e RotZ ″:03ti m eDongbiqudong AKI SP L (ti m e,0,SP L I N E_1,0)DouganqudongAKI SP L (ti m e,0,SP L I N E_2,0)Chandouqudong AKI SP L (ti m e,0,SP L I N E_3,0)74　郑州大学学报(工学版)2009年 仿真后得到各铰接点受力的变化曲线如图3(c )所示.在2.15s 、3.6s 、4.55s 时,由于阻力的突变,各铰点受力曲线也表现出了相应的突变,受力最大的铰点依然是动臂与斗杆铰接点,但其最大值也仅18825N.总的来说,这种工况下各铰点受力比较平稳,动臂与斗杆铰接点的受力和摇杆与斗杆铰接点的受力有减小的趋势,而斗杆与铲斗铰接点的受力和连杆与铲斗铰接点的受力有增大的趋势.由图3可知,发现液压挖掘机在上述3种工况下工作时主要铰点的受力具有如下共同规律:(1)各铰点的受力情况跟随挖掘阻力的变化而变化,其峰值也几乎与阻力的峰值出现在同一时刻.(2)动臂与斗杆铰接点受力情况变化最为剧烈,且峰值最大.因此,设计时可考虑采取相应加固措施,如适当增加此处连接销的直径、增厚连接处的钢板等.(3)摇杆与斗杆铰接点的受力曲线较平缓,其峰值也仅超出主要阻力一个较小值.3　结束语将三维造型软件Pr o /E 和系统运动学/动力学分析软件ADAMS 相结合,建立了液压挖掘机的虚拟样机模型,弥补了ADAMS 在实体建模能力上的不足,使系统模型的修改更加方便和直观.利用虚拟样机技术对挖掘机的工作状况进行仿真分析,能够得到各铰接点处连续的受力变化情况,更接近实际,克服了传统计算方法的不足.参考文献:[1]　同济大学.单斗液压挖掘机[M ].第二版.北京:中国建筑工业出版社,1986.[2]　朱志辉,周志革,王金刚,等.液压挖掘机工作装置的建模及动力学仿真[J ].机械设计与制造,2006,(8):158-159.[3]　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.[4]　王国强,张进平.虚拟样机技术及其在ADAM S 上的实践[M ].西安:西北工业大学出版社,2002.[5]　张卧波,杨俊峰.挖掘机工作及运动状态的仿真与应用研究[J ].农业工程学报,2008,24(2):149-151.[6]　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.[7]　张大庆.液压挖掘机工作装置运动控制研究[D ].长沙:中南大学机电工程学院,2007:38-41.Ca lcul a ti on of the Force Acted on H i n ged Jo i n ts of the Hydrauli cExcava tor Ba sed on ADAM SZHOU Hong -bing 1,2,HU Xi ong -wei 1,S UN Yong -gang 1,WANG Hui -ke1(1.School of Mechanical &Electrical Engineering,Central South University,Changsha 410083,China;2.Hunan I ntellectualFacultiesM echanical Co .L td .,Changsha 410100,China )Abstract:I n order t o obtain the continuous value of the f orce acted on key hinged j oints in a working excava 2t or,this paper uses Pr o /E4.0and ADAMS 2005t o build up the virtual p r ot otype of the hydraulic backhoe ex 2cavat or S W E90U.I n the virtual envir on ment,the si m ulati on of three typ ical working (bucket digging,ar m digging and s mooth operati on )and the study of the force acted on f our key hinged j oints of this excavat or are accomp lished,then,a series of corres ponding curves of the f orce acted on the hinged j oints is got .The results show that the change of the force acted on the j oint bet w een boom and ar m is the most vi olent,but the change of the f orce acted on the j oint bet w een r ocker and ar m is the flattest .Key words:ADAMS;hydraulic excavat or;si m ulati on;hinged j oints。

基于ADAMS软件进行动态仿真分析的一般方法和过程摘要：本文通过对相关资料的总结归纳，介绍了虚拟样机的发展现况、ADAMS软件、特点以及利用其进行动态仿真的一般方法和过程。

并结合多功能开沟机液压系统进行了建模与仿真分析。

关键词：仿真 ADAMS 优化虚拟样机1、前言随着近代科学技术的发展，工程设计的理论、方法和手段都发生了很大的变化。

从计算机辅助工程(CAE)的广泛应用，到并行工程(CE)思想的提出与推行，从根本上改变了传统的设计方法，极大地促进了制造业的发展和革命。

但与此同时，人们已清楚地认识到：即使系统中的每个零部件都是经过优化的，也不能保证整个系统的性能是良好的，即系统级的优化绝不是系统中各部件优化的简单叠加。

于是，由CAX/DFX等技术发展而来，以系统建模、仿真技术为核心的虚拟样机技术(Virtual Prototyping)得到了迅速发展，并正成为各国纷纷研究的新的热点。

虚拟样机技术(Virtual Prototyping Technology)是当前设计制造领域的一项新技术，其应用涉及到汽车制造、工程机械、航空航天、造船、航海、机械电子、通用机械等众多领域。

它利用计算机软件建立机械系统的三维实体模型和运动学及动力学模型，分析和评估机械系统的性能，从而为机械产品的设计和制造提供依据。

虚拟样机技术可使产品设计人员在各种虚拟环境中真实地模拟产品整体的运动及受力情况，快速分析多种设计方案，进行物理样机而言难以进行或根本无法进行的试验，直到获得系统的最佳设计方案为止。

虚拟样机技术的应用贯穿着整个设计过程中，它可以用在概念设计和方案论证中，设计者可以把自己的经验与想象结合在虚拟样机里，让想象力和创造力得到充分地发挥。

用虚拟样机替代物理样机，不但可以缩短开发周期而且设计效率也得到了很大的提高。

本文以ADAMS为平台，简单说明一下进行虚拟样机的动态仿真分析的一般方法和过程。

2、ADAMS软件简介及特点ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)软件，是由美国机械动力公司(Mechanical Dynamics Inc，现已经并入美国MSC公司)开发的最优秀的机械系统动态仿真软件，是目前世界上最具权威性的，使用范围最广的机械系统动力学分析软件，在全球占有率最高。

5结论由上面的分析，我们可以得出结论：非线性自抗扰控制采用非线性的扩张状态观测器，线性自抗扰控制器采用线性的扩张状态观测器，在系统发生较大的偶然测量误差的情况下，线性自抗扰控制需要较长的时间才能跟踪上理论信号，并且会发生振荡，而非线性自抗扰控制则很快的跟踪上理论信号，并且不发生振荡。

同时为了跟踪上理论信号，非线性自抗扰控制所需的控制信号远小于线性自抗扰控制所需的控制信号。

微结构表面超精密切削需要较高的表面加工精度，加工过程中工况复杂，系统可能会产生较大的偶然测量误差，采用非线性自抗扰控制可以有效的抑制偶然测量误差带来的不利影响。

参考文献［1］汪亮，罗松保．快速刀具伺服技术发展现状及趋势［J ］．航空精密制造技术，2007，43（6）：13-16．［2］吴丹，谢晓丹，王先逵．快速刀具伺服机构研究进展［J ］．中国机械工程，2008，19（11）：1379-1385．［3］WU Dan ，ZHOU Shunyan ，XIE Xiaodan ．Proceedings of the 29th ChineseControl Conference ．Beijing ，2010．［4］周顺燕．电磁驱动快速刀具伺服控制系统的设计与实验研究［D ］．北京：清华大学，2009．［5］韩京清．自抗扰控制技术［M ］．北京：国防工业出版社，2008：255-258．［6］纪恩庆，肖维荣．二阶自抗扰控制器的参数简化［J ］．自动化仪表，2007，28（5）：27-31．基于ADAMS 的管道检测机器人动力学分析及仿真*唐鹏1石成江1刘占民2王殿君2刘进福3（1辽宁石油化工大学机械工程学院，抚顺113001）（2北京石油化工学院机械工程学院，北京102617）（3安徽工业大学机械工程学院，马鞍山243002）Dynamics Analysis and Simulation of Pipeline Detection Robot Based on ADAMSTANG Peng 1，SHI Cheng-jiang 1，LIU Zhan-min 2，WANG Dian-jun 2，LIU Jin-fu 3（1School of Mechanical Engineering ，Liaoning Shihua University ，Fushun 113001，China ）（2School of Mechanical Engineering ，Beijing Institute of Petrochemical Technology ，Beijing 102617，China ）（3School of Mechanical Engineering ，Anhui University of Technology ，Maanshan 243002，China ）文章编号：1001-3997（2012）07-0000-02【摘要】针对管道检测机器人结构和运动特点，以及机器人在管道中行走方式选择，以管道检测机器人在管道中力和力矩动态平衡为理论基础，提出了一种求解四驱管道机器人的动力学理论算法，此动力学理论方法可以很好的解决管道检测机器人在运动过程中力平衡计算问题，基于ADAMS 仿真软件建立了机器人虚拟样机模型，通过添加约束、设置驱动参数，建立相应的虚拟仿真环境，对管道检测机器人驱动轮的速度、加速度和驱动力矩曲线进行测量、分析和评估，验证理论计算的合理性，为管道检测机器人运动控制系统的拟定提供了重要的理论依据。

收稿日期：2012-09-12基金项目：辽宁省教育厅科研项目资助（L2012211）作者简介：王丹(1977-),博士研究生，副教授，研究方向为建筑工程用机器人技术与建筑机械，wangdan_17@ ；柳洪义（联系人），教授，博士，hyliu@基于Adams 的管道施工机械手虚拟样机建模与动力学仿真实验王丹1,2，柳洪义1，刘明晨2，张胜男2（1东北大学 机械工程与自动化学院，沈阳 110004；2沈阳建筑大学 交通与机械工程学院，沈阳 110168）摘 要：管道施工机械手用于铺设地下大型水泥管道。

为了能够准确模拟机械手的工作过程，为物理样机的设计和制造提供参数依据，采用Solidworks 、Adams 建立机械手虚拟样机的联合建模方法。

为了能够实现仿真过程与实际工作状态的高度一致，保证仿真结果准确反映实际工况，在虚拟样机的运动副中添加外力等效摩擦力，对油缸铰接销轴柔性处理，以及添加过渡轴解决冗余约束等。

对机械手虚拟样机进行了管道对接过程的动力学仿真，提取了相关仿真数据，并与实验样机的实验数据进行了对比。

结果表明：仿真模型基本与实验样机相符，仿真数据基本准确、可靠，能为样机的制造提供基本设计参数。

关键词：管道施工机械手 虚拟样机建模 动力学仿真 中图分类号：TP241.3 文献标识码：AVirtual Prototype Model of the Laying Pipe Manipulator andDynamics Simulation Based on Adams Soft and TestWang Dan 1,2, Liu Hongyi 1, Liu Mingchen 2, Zhang Shengnan 2(1School of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Shenyang 110004; 2School of Transportation and Mechanical Engineering, Shengyang Jianzhu University, Shengyang 110168)Abstract ：The laying pipe manipulator is used to lay the concrete pipe. In order to simulate the working process of the manipulator correctly, and support the parameters for the prototype, the virtual prototype of the manipulator was built with Solidworks and Adams soft. To make the simulation keep up with the real working process, and the simulation results reflect the working conditions accurately, the force was added to replace the friction in the kinematic pair, the pin shaft of the cyinder was made flexible, and the connecting shaft was added to resolve the redundant constraint of wheel. The virtual prototype of the manipulator could realize the dynamics simulation of the laying pipe process, and the simulation results was compared with the test results,which showed that the virtual prototype of the manipulator was similar with the prototype,and the simulation results were correct,and it could support the design parameters for the prototype. Key words ：the laying pipe manipulator; virtual prototype model;dynamics simulation管道运输是一种既经济又环保的运输方式，不论是在城市建设中，还是在长途水、油、气的运输中发挥着不可替代的重要作用。

adams动力学仿真原理一、引言动力学仿真是一种模拟真实物体运动及其相互作用的方法。

在工程领域，动力学仿真被广泛应用于设计、分析、优化以及预测产品或系统的性能。

Adams动力学仿真软件是一款功能强大的工程仿真软件，能够模拟具有复杂运动学和动力学特性的多体系统。

本文将介绍Adams动力学仿真的原理和应用。

二、运动方程和受力分析Adams基于牛顿力学和欧拉法则，通过求解运动方程来描述仿真对象的运动。

运动方程可以通过对系统中所有物体的质量、惯性矩阵以及施加在物体上的外力进行受力分析得到。

Adams提供了丰富的数学建模工具，能够精确地描述物体的几何特性、物理特性以及约束关系。

三、约束建模约束是Adams仿真中的重要概念，用于描述系统中物体之间的约束关系。

Adams支持多种约束类型，包括关节约束、接触约束、力学约束等。

通过合理地定义约束条件，可以准确地模拟物体间的接触、连接和约束。

在进行仿真前，需要根据系统的需求设置适当的约束条件，以确保仿真结果的准确性和可靠性。

四、力学属性在Adams中，物体的力学属性包括质量、惯性、刚度、阻尼等。

通过设置这些属性，可以模拟物体运动时受到的惯性力、重力、弹力、摩擦力等作用。

适当地设置力学属性，能够更加真实地模拟物体的运动行为，并实现精确的仿真分析。

五、控制器建模为了模拟真实系统中的控制装置，Adams提供了控制器建模工具。

控制器可以对系统中的物体施加不同的力或者施加控制策略来实现特定的运动目标。

通过设置适当的控制器参数和策略，可以对系统进行精确的控制和仿真分析。

六、仿真结果分析Adams提供了丰富的仿真结果分析工具，能够对仿真结果进行可视化、数据分析和优化。

通过这些工具，用户可以直观地观察仿真结果，分析系统的运动特性、力学响应以及能耗情况。

此外，Adams还支持与其他工程软件的数据交换，方便用户将仿真结果与实际工程设计相结合。

七、应用案例Adams在许多领域都得到了广泛的应用，例如汽车工业、航空航天、机械设计等。

Adams动力学仿真分析的详细步骤
1、将三维模型导出成parasolid格式，在adams中导入parasolid格式的模型，
并进行保存。

2、检查并修改系统的设置，主要检查单位制和重力加速度。

3、修改零件名称（能极大地方便后续操作）、材料和颜色。

首先在模型界面，使用线框图来修改零件名称和材料。

然后，使用view part only来修改零件的颜色。

4、添加运动副和驱动。

注意：
1）添加运动副时，要留意构件的选择顺序，是第一个构件相对于第二个构件运动。

2）对于要添加驱动的运动副，当使用垂直于网格来确定运动副的方向时，一定要注意视图定向是否对，使用右手法则进行判断。

若视图定向错了，运动方向就错了，驱动函数要取负。

3）添加运动副时，应尽量使用零件的质心点，此时也应检查零件的质心点是否在其中心。

4）因为在仿真中经常要修改驱动函数，所以应为驱动取一个有意义的名称，一般旋转驱动取为：零件名称_MR1，平移驱动取为：零件名称_MT1。

5）运动副数目很多，且后面用的比较少，所以运动副的名称可以不做修改。

对于要添加驱动的运动副，在添加运动副后，应马上添加驱动，以免搞错。

———————————————收稿日期：2018－09－13基金项目：2016年广东省普通高校青年创新人才项目（自然科学）（2016KQNCX233）基于ADAMS 冲击钻机虚拟样机刚柔体系建模与仿真李俊文，陈玉莲（广东技术师范学院天河学院 机电工程学院，广东 广州 510540）摘要：冲击钻机是灌注桩基础施工的一种重要钻孔机械，但目前对冲击钻机钻进系统的动力学特性缺乏全面认识。

以GCD-1500型冲击钻机为研究对象，结合钢丝绳和弹簧柔性体，在ADAMS 中建立由刚体和柔体耦合的冲击机构系统动力学仿真模型，初步分析系统的动力学过程，并在不同约束条件下，利用脉冲激励分析方法研究冲击机构局部多自由度系统的模态振动和识别模态频率，为系统振动控制提供依据，对冲击钻机的优化设计具有指导意义。

关键词：冲击钻机；动力学仿真；刚柔建模；模态频率 中图分类号：TP391.9；U455.3+2文献标志码：Adoi ：10.3969/j.issn.1006-0316.2019.03.006文章编号：1006－0316 (2019) 03－0022－04Modeling and Simulation of the Rigid-Flexible Hybrid System of Percussive Drill Virtual Prototype Based on ADAMSLI Junwen ，CHEN Yulian( School of Mechanical and Electrical Engineering, Tianhe College of Guangdong PolytechnicNormal University, Guangzhou 510540, China )Abstract ：Percussive drill is an important drilling machine in grouting pile construction, but the dynamic characteristic of system is not understood completely. With the GCD-1500 cable drill including cable and spring flexible body for the study, the hybrid system dynamic model of percussive mechanism is built in ADAMS. According to the percussive drill virtual prototype model, the dynamic characteristic is analyzed. In different constraint conditions, the modal vibration of the local multi-freedom system is studied by simulation analysis with pulse excitation, and the modal frequency is identified. The result provides the basis for the system vibration control and valuable preferences for the optimal design.Key words ：percussive drill ；dynamic simulation ；rigid-flexible hybrid model ；modal frequency应用于公路、桥梁、地矿等工程领域的冲击钻机，是一种大型工程钻机，主要利用四连杆机构或卷扬机带动钢丝绳提起钻具，钻具在下落时产生的动能对岩土产生冲击破碎作用，从而实现钻进的目的。

基于ADAMS和MATLAB的挖掘机工作装置动力学仿真韩鹏太原重工股份有限公司技术中心摘要：根据我公司某机械式挖掘机的结构及运动特性，采用多体动力学仿真的方法，联合ADAMS与MA TLAB建立该挖掘机工作装置的虚拟样机，对其进行动力学仿真分析，得到挖掘过程中铲斗内物料重力，挖掘阻力以及提升、推压方向的位移、速度、作用力等关键参数的变化曲线。

结果表明，虚拟样机参数选择准确，仿真结果合理，可以快速地预测工作装置的性能，为工作装置的性能设计提供合理依据。

关键词：机械式挖掘机；工作装置；动力学仿真Dynamic simulation of working device of excavator based onADAMS and MATLABHan PengTechnical Center, Taiyuan Heavy Group Co., Ltd., Taiyuan 030024, Shanxi, China Abstract: According to the configuration and characteristics of a mechanical excavator, the virtual prototype of the working device was established with ADAMS and MATLAB based multi-body dynamics method. The dynamic simulation and analysis were conducted, and the variation curves of the gravity of material in bucket, the excavating resistance, the pushing force and the elevating force etc. during excavating process were obtained. The results showed that the selection of virtual prototype parameter was accurate, and the simulation results were reasonable. The simulation method can predict the performance of the working device quickly, and provide reasonable basis for the performance design of the working device.Key Words: mechanical excavator, working device, dynamic simulation大型机械式挖掘机是露天矿山开采的重要装备，直接关系着采矿工作的效率[1]，因此对挖掘机工作装置的性能设计提出了非常高的要求。