宋小龍，李 枝，王文清，楊 瑞

（寶鈦集團(tuán)有限公司 寬厚板材料公司，陜西 寶雞 721014）

1 ADAMS技術(shù)簡(jiǎn)介

ADAMS軟件是美國(guó)MDI公司開(kāi)發(fā)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件，它使用交互式的圖形環(huán)境和零件庫(kù)、約束庫(kù)、力庫(kù)，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線(xiàn)。

ADAMS主模塊見(jiàn)圖1。ADAMS／View 建模仿真步驟見(jiàn)圖2。

圖1 ADAMS主模塊

2 雙塊式電磁制動(dòng)器的建模仿真

2.1 系統(tǒng)描述

本文所用的模型為雙塊式電磁制動(dòng)器，其動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)化模型如圖3所示，它由位于制動(dòng)輪A 兩旁的兩個(gè)制動(dòng)臂D1、D2和兩個(gè)閘瓦B1、B2組成。其工作原理如下：由彈簧通過(guò)制動(dòng)臂及閘瓦使制動(dòng)輪經(jīng)常處于制動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)松閘器C通入電流時(shí)，利用電磁力作用，通過(guò)推桿使制動(dòng)器兩邊的閘瓦松開(kāi)。

2.2 ADAMS模型

在ADAMS中建立的仿真模型見(jiàn)圖4。

圖2 ADAMS／View 建模仿真步驟

2.3 動(dòng)力學(xué)仿真

仿真初始條件如下：松閘器C 通入電流時(shí)，利用電磁力作用，通過(guò)推桿使制動(dòng)器兩邊的閘瓦松開(kāi)，制動(dòng)輪A 以3 000°／s的角速度開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)0.1s后，松閘器C斷開(kāi)電流，失去電磁力，同時(shí)，彈簧S通過(guò)制動(dòng)臂及閘瓦B1、B2開(kāi)始制動(dòng)。

圖3 電磁制動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)化模型

我們?cè)趯?duì)此模型進(jìn)行模擬仿真時(shí)，輸出了制動(dòng)臂在橫向X、縱向Y 和垂直方向Z 的加速度曲線(xiàn)圖，本文給出的是制動(dòng)臂D1的時(shí)域曲線(xiàn)圖，見(jiàn)圖5。

圖4 ADAMS中的仿真模型

圖5 制動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速和制動(dòng)臂各方向的加速度

從圖5可以明顯看出：制動(dòng)臂D1在Z 方向的加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于X、Y 方向的加速度，這說(shuō)明在制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)臂D1在Z 方向產(chǎn)生的振動(dòng)幅值最大。

圖6為圖5（d）的頻域圖，從中我們可以看到大約在80Hz頻率的幅值達(dá)到最大值。

3 MATLAB小波分析

本文利用MATLAB軟件編程程序和小波工具箱（Wavelet Toolbox）的主要功能，對(duì)制動(dòng)臂D1在Z 方向產(chǎn)生的加速度信號(hào)進(jìn)行小波分析。

圖6 制動(dòng)臂D1 在Z 方向的加速度頻域圖

我們對(duì)制動(dòng)臂D1在Z 方向的原始信號(hào)時(shí)域圖進(jìn)行小波變換，選用db小波，進(jìn)行4層分解，尺度取整數(shù)1～1 000，如圖7所示。圖7中，T 表示時(shí)間，由于原始信號(hào)時(shí)間段為1s，此處小波變換三維圖中的時(shí)間值2 000就相當(dāng)于1s。

從圖7（a）、7（b）可以看到，在低時(shí)間段的低頻處小波積分幅值較大，在0.2s以后幅值逐漸減小，在高時(shí)間段的高頻處小波積分幅值接近于零。

圖7 制動(dòng)臂D1 在Z 方向的原始信號(hào)連續(xù)小波變換

用小波分析此振動(dòng)加速度信號(hào)S，圖8為沖擊信號(hào)的小波分解，分解4次得到低頻逼近信號(hào)a4和高頻細(xì)節(jié)信號(hào)d1、d2、d3和d4，對(duì)應(yīng)頻帶分別為d1（500Hz～1 000Hz），d2（250 Hz～500 Hz），d3（125 Hz～250 Hz），d4（62.5Hz～125Hz），a4（0Hz～62.5Hz）。原始信號(hào)S 的離散小波變換分解可表示為：

S＝d1＋d2＋d3＋d4＋a4。

各分解信號(hào)的橫坐標(biāo)均為時(shí)間，等于原信號(hào)的時(shí)間歷程。從圖8中可以看出在頻段d4（62.5 Hz～125 Hz）上的信號(hào)明顯偏離振動(dòng)中心線(xiàn)，從而導(dǎo)致了總振動(dòng)信號(hào)的非對(duì)稱(chēng)性分布。

圖8 制動(dòng)臂D1 在Z 方向的沖擊信號(hào)小波分析4層分解

接下來(lái)對(duì)原信號(hào)進(jìn)行降噪處理，降噪后進(jìn)一步產(chǎn)生了殘差信號(hào)的時(shí)域圖和頻譜圖，見(jiàn)圖9。

圖9 制動(dòng)臂D1 在Z 方向的小波降噪圖和殘差信號(hào)圖

從圖9（b）中可以看出，此振動(dòng)信號(hào)的故障頻率大約在80Hz左右，這與先前仿真產(chǎn)生的制動(dòng)臂D1在Z方向的加速度頻域圖的最大幅值正好相吻合，并且這個(gè)頻率也正處于高頻細(xì)節(jié)信號(hào)頻段d4（62.5Hz～125 Hz）中。

通過(guò)ADAMS 和 MATLAB 聯(lián)合仿真說(shuō)明，MATLAB小波殘差信號(hào)處理方法能有效地提取ADAMS中仿真故障信號(hào)的特征頻率，是一種良好的信號(hào)處理方法。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)以上分析可以看出，利用ADAMS和MATLAB兩個(gè)強(qiáng)大的軟件工具進(jìn)行聯(lián)合仿真分析，不僅能夠提高工作效率，縮短工作周期，而且還可以通過(guò)獲取的各種圖形，準(zhǔn)確快速地預(yù)測(cè)分析設(shè)備在運(yùn)行中的故障問(wèn)題，達(dá)到良好效果。

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