液压挖掘机工作装置在ADAMS中的运动仿真解析

基于ADAMS的农用挖掘机工作装置的动力学仿真郑东京;吕新民;秦贞沛;戚烈【摘要】为了进一步提高农用挖掘机性能,降低生产成本,以农用挖掘机工作装置为研究对象,在Pro/Engineer中建立了三维模型,将模型导入到ADAMS中建立了挖掘机工作装置的虚拟样机.对其进行了动力学仿真分析,得到了在动臂受力最大的工况下,挖掘机进行转斗挖掘时动臂上4个铰接点受力的变化规律曲线,分析结果为进行动臂的有限元分析提供了依据.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2011(033)005【总页数】4页(P52-55)【关键词】农用挖掘机;虚拟样机;动力学仿真【作者】郑东京;吕新民;秦贞沛;戚烈【作者单位】西北农林科技大学,机械与电子工程学院,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学,机械与电子工程学院,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学,机械与电子工程学院,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学,机械与电子工程学院,陕西,杨凌,712100【正文语种】中文【中图分类】TP391.910 引言农用挖掘机是一种广泛使用的农田水利建设施工机械，在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量，加快建设速度等方面起着十分重要的作用。

工作装置是挖掘机直接承受工作载荷的主要部件，由动臂机构、斗杆机构、铲斗机构3部分组成。

其结构强度直接影响到挖掘机的可靠性和工作性能。

工作装置在作业过程中经常启动、制动、换向，且外负载变化很大，工作条件恶劣，冲击和振动多，因此对工作装置提出了较高的设计要求。

但工作装置作为一个多体系统，按照传统方法进行动力学分析相当繁琐，且很难优化，采用基于ADAMS平台的虚拟样机技术为工作装置的动力学仿真分析提供了一个简洁、高效的解决方案。

本文首先在Pro/E中建立了农用挖掘机工作装置的三维模型，然后将其导入到ADAMS软件中建立工作装置的虚拟样机。

利用STEP函数驱动各油缸运动，模拟工作装置外载荷的加载、卸载过程，进行动力学仿真后，得到了动臂上4个铰接点的受力变化曲线。

起重机的建模和仿真，如下图所示。

1）启动ADAMS1. 运行ADAMS，选择create a new model;2. modal name 中命名为lift_mecha;3. 确认gravity 文本框中是earth normal (-global Y)，units文本框中是MKS；ok4. 选择setting——working grid，在打开的参数设置中，设置size在X和Y方向均为20 m，spacing在X和Y方向均为1m；ok5. 通过缩放按钮，使窗口显示所有栅格，单击F4打开坐标窗口。

2）建模1. 查看左下角的坐标系为XY平面2. 选择setting——icons下的new size图标单位为13. 在工具图标中，选择实体建模按钮中的box按钮4. 设置实体参3.53.数；On ground Length :12Height:4Depth:85. 鼠标点击屏幕上中心坐标处，建立基座部分6. 继续box建立Mount座架部件，设置参数：New partLength :3Height:3Depth: 3.5设置完毕，在基座右上角建立座架Mount部件7. 左键点击立体视角按钮，查看模型，座架Mount不在基座中间，调整座架到基座中间部位：①右键选择主工具箱中的position按钮图标中的move按钮②在打开的参数设置对话框中选择Vector，Distance项中输入3m，实现Mount 移至基座中间位置③设置完毕，选择座架实体，移动方向箭头按Z轴方向，Distance项中输入2.25m，完成座架的移动右键选择座架，在快捷菜单中选择rename，命名为Mount8. 选择setting—working grid 打开栅格设置对话框，在set location中，选择pick 选择Mount.cm座架质心，并选择X轴和Y轴方向，选择完毕，栅格位于座架中心选择主工具箱中的视角按钮，观察视图将spacing—working grid ，设置spacing中X和Y均为0.510. 选择圆柱实体绘图按钮，设置参数：New partLength:10mRadius:1m选择座架的中心点，点击左侧确定轴肩方向，建立轴肩，单击三维视图按钮，观察视图11. 继续圆柱工具，绘制悬臂①设置参数：New partLength: 13mRadius: 0.5m②选择Mount.cm作为创建点，方向同轴肩，建立悬臂③右键选择新建的悬臂，在快捷菜单中选择part_4——Rename，命名为boom④选择悬臂，移动方向沿X轴负向，实现悬臂的向左移动：1）右键选择工具箱中的position按钮中的move按钮2）在打开的参数对话框中，选择vector，distance中输入2m，点击悬臂，实现移动⑤右键点击实体建模按钮，在弹出的下一级菜单中选择导圆角工具，设置圆角半径为1.5m⑥左键选择座架上侧的两条边，点击右键，完成倒角12. 选择box按钮图标，创建铲斗①设置参数：New partLength : 4.5Height: 3.0Depth: 4.0②选择悬臂左侧中心点，命名为bucket，建立铲斗③右键选择position按钮下一级按钮move按钮④在打开的参数对话框中，选择vector，distance中输入2.25m，选择铲斗，移动方向沿全部坐标系X轴负方向，实现铲斗的横向移动⑤在主工具箱中，选择三维视图按钮，察看铲斗⑥继续选择move按钮，设置参数中选择vector，distance中输入2.0m，选择铲斗，移动方向沿全部坐标系 Z轴负方向，实现铲斗的纵向移动⑦移动完毕，选择主工具箱中的渲染按钮render，察看三维实体效果，再次选择render按钮，实体图则以线框显示⑧右键点击实体建模按钮，再弹出的下一级按钮中选择倒角工具，在打开的参数设置对话框中，设置倒角Width为1.5m，⑨选择铲斗下侧的两条边，完毕单击右键，完成倒角⑩右键选择实体建模工具按钮，再下一级按钮中选择Hollow按钮，在打开的参数设置对话框中设置参数Thickness为0.25m选择铲斗为挖空对象，铲斗上平面为工作平面，完毕点击右键挖空铲斗3）添加约束根据图示关系，添加链接①在主工具箱中，选择转动副，下方的参数设置对话框中，设置参数 2 bod——1 loc和pick feature②选择基座和座架，然后选择座架中心Mount.cm，旋转轴沿y轴正向，建立座架与基座的转动副③继续用转动副按钮，建立轴肩与座架间的转动副，设置参数为2 bod——1 loc 和Normal to grid，选择轴肩和座架，再选择座架中心点，建立转动副④继续用转动副按钮，建立铲斗与悬臂间的转动副，设置参数为2 bod——1 loc 和Normal to grid，选择铲斗与悬臂，再选择铲斗下侧中心点，建立转动副⑤选择主工具箱中的平动副，设置参数2 bod——1 loc和pick feature，选择悬臂与轴肩，再选择悬臂中心标记点，移动方向沿X轴正方向，建立悬臂和轴肩间的平动副⑥右键点击窗口右下角的Information 信息按钮，选择约束按钮，观察是否按要求施加约束，关闭信息窗口⑦检查完毕，选择仿真按钮，对系统进行仿真，观察系统在重力作用下的运动4）添加运动①选择主工具箱中的旋转运动按钮，右键点击座架中心标记点，在弹出的选择窗口中，选择JOINT_mount_ground,给座驾与基座的转动副添加转动运动②选择俯视图按钮，观察旋转运动副的箭头图标③右键点击该运动，在弹出的快捷菜单中选择motion_mount_ground——modify在修改对话框中，修改function项为360d*time④重复上述动作，在轴肩和座架之间建立旋转运动Motion_shoulder_ground,⑤右键点击该运动，在弹出的快捷菜单中选择motion_shoulder_ground——modify在修改对话框中，修改function项为-STEP(time,0,0,0.10,30d)⑥重复上述动作，在铲斗和悬臂之间建立旋转运动Motion_bucket_boom⑦设置运动函数为45d*（1-cos（360d*time））⑧右键点击主工具箱中旋转运动按钮，选择下一级平行运动按钮，点击悬臂中心平动副，在悬臂和座架间建立平行运动⑨设置平行运动函数为STEP（time，0.8，0，1，5）⑩选择主工具箱中的仿真按钮，设置仿真参数END Time：1；Steps：100，进行仿真5）测量和后处理①鼠标右键点击铲斗，打开右键快捷键，选择测量measure②系统打开参数设置对话框，将Characteristic设置为CM Point，Component 设置为Y,测量Y向位移。

基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析1.引言机械四连杆机构是一种常见的机械结构，它由四个连杆组成，通过转动连接在一起，能够实现复杂的运动。

对于这种机构的运动行为进行仿真分析，可以帮助工程师们更好地理解其工作原理和性能特点，为设计优化和控制提供可靠的理论基础。

本文将介绍基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析的方法和结果，以期为相关领域的研究和应用提供参考。

2.问题描述机械四连杆机构的运动仿真分析主要涉及以下几个问题：首先是机构的运动学特性，包括连杆的运动轨迹、角度、速度和加速度等；其次是机构的力学特性，包括连杆的受力情况、驱动力和阻力等；最后是机构的动力学特性，包括连杆的动力学模型、运动过程中的能量转换和损耗等。

通过分析这些问题，可以全面了解机械四连杆机构的运动规律和工作性能，为相关工程设计和控制优化提供重要参考。

3.基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析方法ADAMS（Adams Dynamics）是一款专业的多体动力学仿真软件，可以对多体机械系统的运动行为进行模拟和分析。

基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析主要包括以下几个步骤：建立模型、设定运动和约束条件、进行仿真计算、分析结果并优化设计。

3.1 建立模型首先需要在ADAMS软件中建立机械四连杆机构的三维模型，包括连杆、连接点、驱动装置等。

通过软件提供的建模工具，可以简单快速地绘制出机构的几何结构，并添加材料、质量、惯性等物理属性，为后续的仿真计算做好准备。

3.2 设定运动和约束条件在建立好模型后，需要设定机械四连杆机构的运动和约束条件。

通过ADAMS软件提供的运动学分析工具，可以简单地定义连杆的转动角度、线速度和角速度等运动参数，同时添加约束条件，限制机构的运动范围和姿态，以保证仿真计算的准确性和可靠性。

3.3 进行仿真计算设定好运动和约束条件后，即可进行仿真计算。

ADAMS软件提供了理想化模拟和实验数据验证两种仿真方式，可以根据需求选择合适的方法进行计算。

液压挖掘机工作装置在ADAMS中的运动仿真解析姓名：XXX部门：XXX日期：XXX液压挖掘机工作装置在ADAMS中的运动仿真解析虚拟样机技术在使用过程中为液压挖掘机设计提供了有效的方法和手段，在使用过程中受到了条件限制，较少的单位会对运行学进行仿真研究，降低了色剂方案可行性。

文章基于动力学仿真软件ADAMS建立起了挖掘机工作装置虚拟系统，更好的完成了前期处理工作，使得建模正确性更高。

液压缸顺序工作的运动仿真分析1.1.基于尺寸确定当液压的挖掘机工作装置尺寸以及基本结构都确定下来之后，该挖掘机的工作范围也基本确定下来。

简单理解就是挖掘机铲斗齿尖轨迹的包络图得以确定。

在包括图中，有些部分区间靠近的比较紧密，有的会深入到挖掘机停点底部下，这一个位置虽然还可以挖掘到，但是在挖掘过程中会引起土壤坍塌，从而影响机械运行稳定，使得施工安全性受到影响。

在以上动臂液压缸、斗杆液压缸和铲斗液压缸运动仿真分析过程中，选择的挖掘机工作顺序和方式一般都是在装置范畴内，这里讲解的顺序指的是，挖掘工作进行时，各个油缸都是根据一定顺序进行收缩或者伸出。

例如：挖掘进行时，需要先下降动动臂，再收回斗杆，这个动作完成之后，在使用铲斗进行挖掘。

1.2.顺序工作运动仿真实现的路线仿真路线是，在斗杆液压缸、动臂液压缸、铲斗液压缸上进行设置，一般在不同的时间段内，它的运动驱动函数都不同，需要进行调节处理，使得各缸在相应的工作极限范围内相互运行，这样就可以获得挖掘机的工作范围。

可以在液压缸移动副约束处添加移动驱动，改变运动方式，第 2 页共 5 页将其更换成位移运动方式。

运动的函数输入时，需要注意相匹配的的STEP函数。

对液压缸进行STEP函数值设置时，应该满足运动函数需求。

当完成了函数值输入之后，在运行状态下可以启动ADAMS软件的仿真模块。

1.3.仿真过程当工作面从最初的范围逐渐移动时，一般最初的指的是停机状态下。

可以适当的对斗杆、铲斗液压缸进行调整，将其保持在全缩的状态中，逐渐对动臂液压缸拉伸，将其缩小到CD弧线上。