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《基于proe的液壓挖掘機工作裝置運動仿真畢業(yè)設(shè)計（論文）》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、基于Pro/E的液壓挖掘機工作裝置運動仿真近年來，集挖掘和裝載功能于一體的液壓挖掘機在基礎(chǔ)建設(shè)和民用建筑建設(shè)中的使用與日俱增。由于液壓挖掘機的工作條件比較惡劣，工作裝置故障較多，造成整機工作可靠性較差，因此挖掘機的可靠性和最優(yōu)化設(shè)計成為國產(chǎn)挖掘機設(shè)計的重點和難點。本文以某國產(chǎn)22t挖掘機為例，探討在Pro/E軟件環(huán)境下，對挖掘機工作裝置進行三維實體建模、虛擬裝配、運動仿真與動態(tài)模擬，為挖掘機物理樣機的制造、新機型設(shè)計方案的評估提供有效參考數(shù)據(jù)。1、挖掘機虛擬樣機的建立1.1挖掘機三維零件模型的建立一般來說，在Pro/E
2、軟件環(huán)境下，機械系統(tǒng)的三維建模應(yīng)該嚴格按照設(shè)計構(gòu)思或者前期圖紙為依據(jù)進行，盡量保持三維圖形數(shù)據(jù)的完整和正確性。由于本文將進行挖掘機虛擬樣機的動力學(xué)分析和工作裝置的有限元分析，因此此次建模原則是：挖掘機工作裝置建模盡量細化，包括動臂、斗桿等的內(nèi)部加強筋等需詳細建模，而除工作裝置以外的部件，在建模時則盡量簡化，比如回轉(zhuǎn)平臺、行走裝置等只是勾畫出外部形狀，而內(nèi)部細節(jié)并未詳細繪制，但在動力學(xué)分析時，其轉(zhuǎn)動慣量、質(zhì)量等依據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)進行。建立挖掘機工作裝置虛擬樣機的過程如圖1所示。1.2挖掘機虛擬樣機的裝配所建立的某國產(chǎn)22t液壓
3、挖掘機的虛擬樣機模型如圖2所示。在進行虛擬樣機裝配之初，采用按照挖掘機各鉸接點位置裝配，結(jié)果發(fā)現(xiàn)效率低下，而且裝配的精度很低，且在最后連桿裝配時，出現(xiàn)無法約束的情況。后來，改用“連接”約束方式：動臂和回轉(zhuǎn)平臺的連接、動臂與斗桿的連接、斗桿與鏟斗的連接、動臂油缸缸筒與轉(zhuǎn)平臺的連接、連桿與斗桿的連接、動臂油缸活塞桿與動臂的連接等均采用“銷軸”約束；各油缸活塞桿與油缸缸筒的連接、搖桿與鏟斗的連接、連桿與搖桿的連接采用“圓柱”約束；其它剛性零件(斗齒、駕駛室等)采用剛性連接中的“匹配”和“插入”約束。這種虛擬裝配方法不需要移動
4、連桿、搖桿和鏟斗拼湊裝配，工作量小、效率高，也易于達到裝配要求。圖1挖掘機工作裝置虛擬樣機的建模過程(按工藝流程)圖2某國產(chǎn)22t液壓挖掘機虛擬樣機模型2、挖掘機工作裝置的運動仿真2.1挖掘機工作裝置動態(tài)模擬與分析基本流程工作裝置動態(tài)模擬與分析的基本流程如圖3所示。2.2工作裝置的運動學(xué)分析挖掘機工作裝置動態(tài)模擬的工況設(shè)定如下：以斗桿缸挖掘為主，鏟斗缸配合，使斗中土壤不至于撒出。取22t挖掘機最大挖掘深度的1/2(3301.5mm)，取其最大挖掘半徑的1/3(6704mm)，同時鏟斗處于最大挖掘力狀態(tài)，卸載高度為2.5
5、m，回轉(zhuǎn)90°至目的地卸土。設(shè)斗桿擺動50°可使鏟斗滿載，注意在提升過程中配合轉(zhuǎn)動鏟斗保持滿載狀態(tài)。熟練操作工充分利用復(fù)合動作，且動作間銜接緊密，液壓系統(tǒng)可自動合流，挖掘土壤Ⅲ級。圖4給出了某國產(chǎn)22t挖掘機的作業(yè)循環(huán)時間表。該時間表根據(jù)上述工況假設(shè)，按“流量法”從理論上計算出挖掘、提臂、滿斗、卸載、回轉(zhuǎn)、降臂等整個工作循環(huán)所需要的時間。根據(jù)圖4，在Pro/E軟件的Pro/MECHANISM模塊下進行如下設(shè)定，完成挖掘動作模擬。分別在動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸上施加6個“伺服電動機”；在回轉(zhuǎn)平臺與行走機構(gòu)的“連接”軸
6、上施加2個“伺服電動機”。設(shè)定各個“伺服電動機”的速度，設(shè)定“結(jié)束時間”為14.742s，設(shè)定挖掘機挖掘初始狀態(tài)為起始位置，并根據(jù)“作業(yè)循環(huán)時問表”設(shè)定各個“伺服電動機”的起止時間。依據(jù)圖4，可以得出挖掘機各個伺服電動機運動的時間關(guān)系分段函數(shù)為：其中x1，x2，x3，x4，x5，x6分別為挖掘、提臂、回轉(zhuǎn)、卸載、回轉(zhuǎn)和降臂所對應(yīng)伺服電動機的運行時間。一個作業(yè)循環(huán)時間T=14.742s，在設(shè)定中注意有復(fù)合動作伺服電動機起止時間的設(shè)定。根據(jù)(1)式很好地解決了各個伺服電動機的運動關(guān)系問題，使工作裝置的整個工作循環(huán)動態(tài)模擬能
7、順利地按工作順序完成。最后可以通過捕捉動態(tài)模擬過程，制作成一個動畫片。通過以上設(shè)定，運行上述“動作設(shè)定”，可得出挖掘機工作狀態(tài)模擬，如圖5所示。與挖掘機實際挖掘動作相比，模擬過程完全相符，因此證明在Pro/E軟件環(huán)境下的運動仿真是正確的。另外，挖掘機整個作業(yè)循環(huán)的完成，也證明了在Pro/E軟件環(huán)境下，不但可以完成挖掘機動態(tài)模擬，還可以在分析過程中檢查各個構(gòu)件的干涉情況。通過全局干涉檢查，判斷某國產(chǎn)22t挖掘機工作裝置不存在干涉問題。2.3挖掘機工作裝置虛擬樣機的仿真結(jié)果分析如圖6所示，本文以挖掘機鏟斗中齒的齒尖部位作為
8、研究對象(圖中測量點)，分析其運動軌跡，速度、加速度與時間的關(guān)系。由于篇幅所限，以下僅給出挖掘機工作裝置的斗齒部位在整個挖掘作業(yè)循環(huán)時間里的速度、加速度、位置和時間的運動仿真分析結(jié)果，如圖7、圖8、圖9所示。從圖7、圖8中可以看出，只有在鏟斗油缸動作時(也即鏟斗運動時)，斗齒部位才有速度、加速度的變化，其他時刻鏟斗相對于斗桿為靜止
