精品论文]基于proe挖掘机工作装置的建模及运动仿真

精品论文]基于proe挖掘机工作装置的建模及运动仿真内容摘要：

“虚拟样机 ，在此基础上与其它模块集成就可以满足多方面的仿真要求． 模块简介： ADAMS /View(用 户界面模块 )是以用户为中心的交互式图形环境，它将简单的图标、菜单、鼠标点取操作与交互式图形建模、仿真计算、动画显示等功能完美地集成在一起。 其实体建模的内核采用 Parasolid 格式，除提供了丰富的零件几何图形库外，还提供了完整的约束开和力／力矩库，支持布尔运算，建模工作快速。 ADAMS／ Solver(求解器 )是 ADAMS 系列产品的核心模块之一，是求解机械 系统运动学和动力学问题的程序。 该软件自动形成机械系统模型的动力学方程，提供课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣 赏 静力学、运动学和动力学的解算结果。 ADAMS／ Solver 有各种建模和求解选项， 以便精确有效地解决各种问题。 ADAMS／ Postprocessor(专用后处理模块 )具有相当强的后处理功能，它可以回放仿真结果，也可以绘制各种分析曲线。 ADAMS／ Postprocessor 还可以对仿真分析曲线进行一些数学和统计计算；可以输入试验数据绘制试验曲线，并同仿真结果进行比较：对分析结果曲线图进行各种编辑。 ADAMS／ Animation(高速动画模块 )是 ADAMS 的一个集成的可选模块，该模块使用户能借助于增强透视、半透明、彩色编辑及背景透视等方法对已经生成的动画精细加工，增强动力学仿真分析结果。 动画显示的真实感。 ADAMS／ Hydraulics(液压系统模块 )，为了模拟包括液压回路在内的复杂机械系统的动力学性能， IDM 公司开发 TADAMS／ Hydraulics 模块。 用户使用该模块，能够精确地对由液压系统驱动的复杂机械系统 (如工程机械、汽车制动转向系统、飞机起落架等 )进行动力学仿真分析。 用户可以在 ADAMSView 中建立液压系统回路的框架，然后通过液压驱动元件如油缸等将其连接到机械系统模型中，最后选取适当的、功能最强的求解器分析整个系统的性能。 ADAMS／ Flex(柔性模块 )是 ADAMS 与 Flex 软件之间进行双向数据通讯的接口。 可研究柔性体对机械系统性能的影响，明显提高仿真精度。 Flex 是合成柔性体的有效途。 ADAMS／ Flex 支持 ANSYS 和 IDEAS 的中性文件 (Neutral file)格式。 通过柔性体节点增加适当的约束和力，就可以使柔性体与其它刚体共同形成一个有机的 ADAMS 模型。 ADAMS／ Linear(系统模态分析模块 )可将 ADAMS形成的机械系统非线性运动方程线性化，计算特征值、特征向量和状态空间矩阵。 ADAMS／ Car(车辆模块 )赋予工程师精确建立整套虚拟样机的能力，其中包括悬架、传动系、发动机、转向机构、 ABS 系统以及其它复杂总成。 用户可以在各种不同的道路条件下运行 ADAMS／ Car 模型，执行驾驶操作，使车辆在试验道路上正常行驶，用户可以准确模拟汽车的操纵稳定性、乘坐舒适性、安全性及其它各项性能参数。 此外， ADAMS 还包括 Exchange(接口模块 )、 Controls(控制模块 )、 Insight(试验设计与分析模块 )、 Vibration(振动分析模块 )、 Durability(耐用性分析模块 )Driver(驾驶员模块 )、 T 拍 (轮胎模块 )等。 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣 赏 ADAMS 建模、仿真的步骤 用 ADAMS 进行建模、仿真和分析，一般要遵循以下步骤。 如图 31 所示，各步骤简述如下： 图 31 虚拟样机设计流程 1．建造模型建模包含三部分工作： (1) 创建零件有两种途径：通过 ADAMSⅣ iew 的零件库来创建各种简单的运动单元 (零件 )：用 ADAMS／ Exchange 引入复杂的 CAD 形体 (会影响运行速度 )。 (2) 给模型施加约束和运动。 (3) 给模型施加各种作用力。 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣 赏 2．对样机进行仿真分析 对模型进行初步仿真，通过仿真结果检验模型中各个零件、约束及力是否正确，设置测量和仿真输出。 3．校验 模型 导入实际实验测试数据，与虚拟仿真的结果进行比较。 4．完善模型 可以在模型中加入更复杂的单元，如在运动副上加入摩擦，用线性方程或一般方程定义控制系统，加入柔性连接件等等。 使模型与真实系统更加近似。 5．优化模型 对模型进行参数分析，优化设计。 6．建立物理样机 根据优化设计的结果建立物理样机。 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣 赏 第三章 基于 PRO/E 的液压挖掘机参数化建模 本文主要的研究内容是液压挖掘机工作装置的参数化建模。 这要求设计者不仅要充分掌握产品设计的基础理论知识，而且还能熟练的运 用 CAD 软件进行参数化建模。 因此本章首先对涉及到的理论知识，如液压挖掘机概述、参数化设计技术、特征建模技术方面进行阐述，最后对所用的参数化设计软件 PRO/ENGIEER 进行简明的介绍。 液压挖掘机概况 液压挖掘机 液压挖掘机是在机械系统传统挖掘机的基础上发展起来的一种周期作业的土方机械，液压挖掘机由于在动力装置和工作装置之间采用容积式液压传动，靠液体的压力能进行工作。 如图 31 为正在工作的液压挖掘机。 图 31 正在工作的挖掘机 液压挖掘机的组成 单斗液压挖掘机的总体结构包括动 力装置、工作装置、回转机构、操纵机构、传动系统、行走机构和辅助设备等，液压挖掘机结构简图 32 所示。 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣 赏 图 32液压挖掘机基本组成简图 1一动臂； 2一斗杆； 3一铲斗； 4一连杆机构； 5一动臂液压缸； 6一斗杆液压缸； 7一铲斗液压缸 I一挖掘装置； 11一回转装置； 111一行走装置 工作装置各运动部件之间采用销轴铰接，以动臂油缸来支撑和改变动臂的倾角，通过动臂油缸的伸缩可使动臂绕下铰点转动实现动臂的升降。 斗杆铰接于动臂的上端，由斗杆油缸控制斗杆与动臂的相对角度。 当斗杆油缸伸缩时，斗杆可绕 动臂上铰点转动。 铲斗与斗杆前端铰接，并通过铲斗油缸伸缩使铲斗转动。 为增大铲斗的转角，通常采用摇臂连杆机构来和铲斗联结。 对于反铲挖掘机来说，主要用于挖掘停机面以下的土壤，因此最大挖掘深度和最大挖掘半径是其主要的作业尺寸。 液压挖掘机的工作循环过程 液压挖掘机工作循环过程的仿真是进行液压挖掘机虚拟样机研究必不可少的一个过程。 液压挖掘机的工作装置动作以及机身的回转和行走都由液压传动系统实现，原动机 (一般使用柴油机 )驱动双联液压泵，把压力油分别送到两组多路换向阀，通过司机的操作，将压力油单独或同时送往液 压执行元件 (液压马达和液压油缸 )驱动执行机构 (工作装置 )工作。 其工作过程如下： 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣 赏 先下放动臂至挖掘位置，然后转动斗杆及铲斗，当挖掘至装满铲斗时，提升动臂使铲斗离开土壤，边提升边回转至卸载位置，转斗卸出土壤，然后再回转至工作位置开始下一次作业循环。 动臂液压缸主要用于调整工作装置的挖掘位置，一般不单独直接挖掘土壤；斗杆挖掘可以获得较大的行程，但挖掘力要小一些。 铲斗挖掘的行程较短，为使铲斗在转斗挖掘结束的时候装满铲斗，需要较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤，因此挖掘机的最大挖掘力一般是由铲斗液压缸实现的。 参数化建模与特征建模 目前， CAD 技术的基础理论主要是以 PTC 公司的 Pro/E 为代表的参数化造型理论和以 SDRC 公司的 I 一 DEAS 为代表的变量化造型理论。 这两种方法都属于基于约束的实体造型技术。 参数化建模是指在参数化造型过程中记录建模过程和其中的变量 (也就是捕捉设计意图 )以及用户执行的 CAD/CAM/CAE 功能操作。 因此，参数化建模通过捕捉模型中的参数化关系记录了设计过程。 其本质就是设计过程的记录和回放。 这种记录过程与次序有关 (是顺序化的 )。 同时，它利用一系列定义好的参数对模型进行顺序计算。 参数化建模的优势在于其速度快。 其缺点是用户必须提供几何元素的全部尺寸、位置信息，即只有完全定义前一元素，然后才能定义下一个元素。 基于特征设计技术 (feature Based Design Technology)是一种面向产品制造全过程的描述信息和信息关系的产品数字建模方法， PRO/ENGINEER、 I 一 DEAS、MDT、 Solidworks 等都是在一定程度上以参数化、变量化、特征设计为特点的新一代实体造型软件产品。 特征是一种实体概念，它不仅包括定义约束和几何拓扑信息，还包括包含规则和属性的几何行为信息。 特 征概念使工程师可以使用熟悉的术语与 CAD 系统进行交流。 特征造型完成的功能如果用几何原型布尔运算来实现可能要复杂得多。 例如，通孔可以用一个足够长的圆柱进行布尔差运算得到。 如果将零件加厚，而这个圆柱又不够长的话，这个通孔就变成盲孔了。 相反，通孔“特征”却能理解它必须彻底穿透零件这一规则，不管零件发生什么变化，它都能作到这一点。 此外，特征还可以携带供其它有用的属性信息 (如密度、硬度、热传导系数等 )。 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣 赏 参数化软件 PRO/ENGIEER 介绍 PRO/ENGIEER 是世界领先的机械设计自动化解决方案，专门 用于机械计算机辅助设计。 PRO/ENGIEER 是一个适用于产品、模具等产品设计并具有基于单一数据库、参数化设计、行为建模能力、特征造型、全相关性等特性的 CAD/CAEICAM 软件系统。 下面简单介绍一下 PRO/ENGIEER 参数化设计的特点： 单一数据库： PRO/ENGIEER 是建立在统一基础上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM 系统建立在多个数据库上。 所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。 换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动 ，亦可以反应在整个设计过程的相关环节上。 行为建模能力：行为建模技术是从 PRO/ENGIEER2020i 开始推广的新技术。 这种行为建模技术被业界作为第五代 CAD 技术。 它通过把导出值 (比如容积 )包含到参数特征中，再反过来使用它们生成和控制其它模型的几何图形。 工程分析能力： Pro/MECHANI 是 PRO/ENGIEER 的一个比较独立的模块，是专门的工程分析模块。 它既可以和 PRO/ENGIEER 在一起使用，又可以独立的使用，它的主要功能是有限元分析、静力学分析、动力学分析、震动分析、热力分析，最新的功能还可以进 行疲劳分析、疲劳预侧等。 自动约束功能：在二维截面的绘制中，图形自动约束功能大大提高了设计效率。 这样的约束主要有以下几种 :水平、竖直、平行、垂直、共线、同心、相切 (包括圆与圆、圆与圆弧、圆弧与圆弧、直线与圆、直线与圆弧的相切 )、对称、等长(等径 )、角度、距离等等。 特征灵活性：因为在当今的产品设计中，为了满足客户的要求，适应市场的变化，更改设计是司空见惯的事。 而如何缩短更改周期就成了需要研究的问题。 在 PRO/ENGIEER 中，增加了一种称为意向参考 (Intent Manager)的新功能。 使用这种功能，设计 者可以定义特征建立的方式，利用这种定义方式，你可以灵活的构建特征，并且在特征发生更改时仍然保持你的设计意图，从而把设计人员从烦琐的设计更改中解放出来。 PRO/ENGIEER 具有的这些特点，使其非常适合于机械产品的开发设计，并运用其参数化功能方便地进行系列化产品的开发。 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣 赏 工作装置的参数化建模 动臂斗杆的结构种类 通过对国内外的几十家公司的单斗反铲液压挖掘机工作装置的调查，发现其外形结构都是基本一致的，其中动臂主要分为单动臂油缸支撑和双动臂油缸支撑两种，单动臂油缸的结构主要用在小型挖掘机上，大 中吨位的挖掘机都采用双动臂油缸支撑支撑。 斗杆机构大致可以分为三种外形结构： 1． 结构特点是斗杆油缸耳支座板，铲斗油缸支座耳板分开，是目前市场上最为常见的结构。 2． 结构特点是斗杆油缸耳支座板和铲斗油缸耳支座板连成一体，使用该结构的挖掘机厂商主要有久保田，石川岛，南特，普什重机等。 3． 结构特点是斗杆的侧板，斗杆油缸耳支座板和铲斗油缸耳支座板整个都由一块板组成，或者侧板和其中的一块耳支座板是一体的，采用该结构的挖掘机厂商主要有利勃海尔， JCB 等。 正因为工作装置结构上的相似性，为工作装置的参数化设计提供了可能。 一个成功 的参数化设计平台，为结构工程师节约了大量的时间和精力，提高了新产品开发效率，必将为企业带来效益。 建模过程 对液压挖掘机反铲工作装置的零件进行三维实体造。