大型矿用挖掘机工作装置仿真

第 15卷 增刊 计 算 机 辅 助 工 程 Vol. 15 Supp1. 2006年 9月 COMPUTER AIDED ENGINEERING Sep. 2006 文章编号：1006-0871(2006)S1-0361-03 大型矿用挖掘机工作装置仿真 马 乐，赵克利，翟洪岩 （吉林大学 机械科学与工程学院，吉林 长春 130022） 摘 要：对大型电铲矿用挖掘机的工作装置进行仿真，结合其实际作业特点应用 MSC Adams 建立其工作装置模型，并对作业过程进行动力学和运动学仿真研究，详细 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 各部件在工作 过程中受力状况. 论文的建模及分析方法对于其它机械系统的仿真分析具有理论参考意义. 关键词：工作装置；MSC Adams；仿真 中图分类号：TD422; TP391.9 文献标志码：A Simulation of Working Equipment of Heavy Mining Excavator MA Le, ZHAO Keli, ZHAI Hongyan (College of Machanical Sci. & Eng., Jilin Univ., Changchun Jilin 130025, China) Abstract: The working equipment of heavy excavator with electric shovel is simulated. According to the job characteristic, the model of the working equipment is estiblished by MSC Adams. Then the dynamics and kinematics of the working equipment are studied during the full work process, and the force on some components dynamics are analyzed especially. The model and simulation method can help the study in other mechanical system. Key words: working equipment；MSC Adams；simulation 0 引 言 国内外已有很多企业及研究机构对挖掘机的 工作装置进行了仿真分析，但大多数是针对液压 式挖掘机，而对于大型尤其是斗容大于 30 m3的 机械式电铲挖掘机进行动力学及运动学计算机仿 真分析的却很少. 目前，国际上已出现成熟使用 的功能化虚拟设计及开发的工程应用软件，其中 较优秀的有美国MSC公司开发的MSC Adams软 件. 运用虚拟样机技术，可以大大简化机械产品 的设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大 量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量 和系统性能，获得最优化和创新的设计产品. 本 文对大型电铲矿用挖掘机的工作装置在整个工作 过程中的动力学及运动学进行仿真分析. 1 仿真模型的建立 在机械式电铲挖掘机工作装置中，铲斗的结 构相对动臂、斗杆比较复杂. 由于本文主要分析 动臂及斗杆的力学性能，在仿真模型中，为减少 计算量，将斗齿、斗前臂、斗后臂、斗底装置看 成一个整体. MSC Adams是专业的动力学分析软件，实 体建模能力较弱. 而实际上，Pro/Engineer和MSC Adams 有专门的模型接口，可以将 Pro/Engineer 中建立的实体模型无缝导入MSC Adams中. 本文结合的电铲挖掘机斗容为 35 m3，选其 动臂内部为箱型结构，斗杆内部结构也为箱型结 收稿日期：2006-07-5； 作者简介：马 乐(1981- )，女，吉林长春人，在读硕士，研究方向为机械系统仿真设计，(E-mail) male1981@sina.com 362 计 算 机 辅 助 工 程 2006年 构. 由于只对挖掘机的工作装置进行受力分析， 所以采用简化建模，见图 1. 由于铲斗相对斗杆没有运动，所以在加约束 时可以看成是一个整体. 铲斗受钢丝绳约束相对 动臂的顶部滑轮做直线运动，类似齿轮齿条运动， 所以滑轮和铲斗之间可以用齿轮副进行约束. 在 Pro/Engineer 中实体建模时应注意进行单 位转换，单位要用 mm，kg，s，保持与MSC Adams 中一致，否则会导致失败. 图 1 电铲挖掘机工作装置仿真模型 2 载荷的确定 选择工作装置的一个作业位置作为仿真依 据，即斗杆全部伸出，斗齿尖处于最大挖掘高度， 铲斗满载，不进行挖掘. 选取煤的比重为 1.5. 此 时铲斗受力为煤的重力、铲斗本身的自重、钢丝 绳的提升力及斗杆的推压力. 图 2 图 2中： 2211 coscos θθ FF = 212211 sincos GGFF +=+ θθ 式中： 1F为钢丝绳的拉力； 2F 为斗杆对铲斗的推压力； 1G 为铲斗自重； 2G 为满载时煤的重量. 3 仿真结果与分析 仿真时间 32 s，仿真 500步，在 Postprocessor 中查看仿真结果. 3.1 挖掘作业范围 图 3为最大挖掘轨迹曲线，动臂处于最高位 置，斗杆全部伸出. 由图可以计算出最大挖掘高 度 15.95 m、最大挖掘半径 24.10 m、最大挖掘深 度 1.75 m. 该结果可以达到目前同类产品的作业 范围要求的水平，也反映出工作装置的各部件的 模型尺寸符合要求. 图 3 最大挖掘轨迹曲线 图 4为提升和推压的综合速度曲线，模型仿 真过程中，推压与提升速度的配合很重要，直接 影响到仿真结果. 理想情况下，斗齿运动轨迹开 始时一段几乎水平，要求斗杆以大速度外伸，随 铲斗的升起，推压速度逐渐降低，等到斗齿达到 推压轴高度时推压速度为 0，此时钢丝绳拉力几 乎保持定值. 从图中可以看到提升和推压的综合 速度是欲达到的理想结果. 图 4 提升推压的综合速度 3.2 动臂作用力分析 图 5是动臂与底盘作用力随时间变化曲线， 由图可以看出此处在 20s 时受力达到最大值. 此 时，斗杆全伸出，斗齿尖处于推压轴高度，铲斗 满载. 图 5 动臂与底盘作用力随时间变化曲线 图 6 是动臂与推压轴作用力随时间变化曲 线，由图可知在挖掘机刚开始工作时它们之间的 作用力达到最大值. 此时，斗杆垂直地面，开始 挖掘，铲斗中无土壤. 2G 1G 2F 1F 2θ 1θ 增刊 马 乐，等：大型矿用挖掘机工作装置仿真 363 图 6 动臂与推压轴作用力随时间变化曲线 图 7 为动臂顶部滑轮受力随时间变化曲线. 动臂整体顶部受力最大，从图中可以看出顶部滑 轮在工作装置刚开始工作时受力达到最大值，此 时动臂顶部为危险截面. 图 7 动臂顶部滑轮受力随时间变化曲线 4 结 论 在 Pro/Engineer中建立模型导入MSC Adams 中，模型更加真实，仿真结果也更真实. 在MSC Adams中进行运动学和动力学仿真，对仿真曲线 进行分析来确定各部件的危险状况. 参考文献： [1] 李军，邢俊文，覃文洁. MSC Adams实例教程[M]. 北京：北京理工大学出版，2002. [2] 郑建荣. MSC Adams 虚拟样机技术入门与提高[M]. 北京：机械工业出版社，2001. [3] 阎书文. 机械式挖掘机设计[M]. 北京：机械工业出版社. 1989. [4] MSC.Software. MSC Adams/View基础 培训 焊锡培训资料ppt免费下载焊接培训教程 ppt 下载特设培训下载班长管理培训下载培训时间表下载 教程[M]. 北京：清华大学出版社，2004. （编辑 于 杰）