摘要：隨著我國建設(shè)項目以及工程技術(shù)的快速發(fā)展，液壓挖掘設(shè)備已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各類型的民用建設(shè)以及國家水利電力工程的施工項目中，借以提升工程建設(shè)的質(zhì)量與效率。經(jīng)研究分析，虛擬樣機仿真及設(shè)計項目的運作，可以提早發(fā)現(xiàn)液壓挖掘機在實際工作中所可能遇到的問題，進而采取有效措施將其避免，這樣便可以在一定程度上降低機械設(shè)備的研發(fā)成本。本文就液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機仿真的相關(guān)內(nèi)容進行深入研究，以期能為實踐項目的運作帶來啟示。

關(guān)鍵詞：液壓挖掘機；工作裝置；虛擬樣機；仿真研究

前言：液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機仿真模型的構(gòu)建需要借助虛擬樣機技術(shù)等內(nèi)容來為其做支撐，通過計算以及數(shù)據(jù)分析得到關(guān)鍵的鉸點處的受力曲線，進而為進一步優(yōu)化設(shè)計液壓挖掘機工作裝置的性能帶來幫助。

一、液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機仿真模型設(shè)計

（一）液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機仿真模型設(shè)計的背景分析

對于液壓挖掘機工作裝置的實踐性能而言，良好的動力性是維系整個驅(qū)動系統(tǒng)高效運作的重要前提。實質(zhì)上，“斗桿”、“鏟斗”等液壓挖掘機工作裝置本身的性能就是機械設(shè)備的源動力。因此，需要借助有效的技術(shù)手段以及仿真模擬操作來探知液壓挖掘機斗桿的最大挖掘力，以此來改進液壓挖掘機工作裝置的設(shè)計框架，進而提升液壓挖掘設(shè)備的總體性能，增強液壓挖掘設(shè)備支撐之下的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益。

（二）液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機3D模型的構(gòu)建

在實際工作中，小型液壓挖掘機設(shè)備的使用頻率較高，因此，在研究的過程中，運用虛擬樣機技術(shù)相關(guān)的軟件（通常采用的是Pro/E軟件）來構(gòu)建小型的液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機“3D模型[1]”（如圖1所示）。在建立模型的過程中，借助軟件的功能，突出液壓挖掘機的各部分組件，使其在模擬操作時，便于技術(shù)人員采集數(shù)據(jù)與記錄狀態(tài)。在構(gòu)建完畢后，針對液壓挖掘設(shè)備的斗桿油缸最大挖掘力進行數(shù)據(jù)測算。

圖1 液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機3D模型示意圖

二、探究液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機仿真的基本原理及相關(guān)技術(shù)內(nèi)容

（一）進行液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機仿真實驗的基礎(chǔ)原理

針對液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機仿真實驗操作的本質(zhì)是對該裝置進行動力學(xué)仿真研究，并通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)，得到對液壓挖掘機工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方案。

1.液壓挖掘機工作裝置斗桿挖掘力的測算是仿真實驗操作的關(guān)鍵

在技術(shù)軟件的操作下，確定了液壓挖掘機工作裝置的驅(qū)動函數(shù)，進而將液壓挖掘機工作裝置實體模型中的各個液壓缸的動力軌跡進行函數(shù)測算，并記錄具體的函數(shù)值。通過配置液壓挖掘機工作裝置模型的功過循環(huán)所需的時間，指引仿真工作裝置進行模擬“挖掘”、“卸料”等操作，從幾項關(guān)鍵的指標(biāo)數(shù)值中可以發(fā)現(xiàn)，在不同作用力的影響下，挖掘機工作裝置的動能水平有所差異。為了進一步研究液壓挖掘機仿真裝置的挖掘力，則需要考慮該裝置所受到的復(fù)合作用力。實際上，挖掘力是裝置斗齒尖的兩個單向集中力的合力，因此，在實際測算的過程中，要注意這兩個作用力的計算結(jié)果。液壓挖掘機工作裝置斗桿最大挖掘力結(jié)果的得出，需要進行反復(fù)操作而來。

2.執(zhí)行液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機仿真的原理分析

就理論而言，動力學(xué)仿真有兩種方式，即“正”、“逆”兩種，前者是針對已知的動力學(xué)系統(tǒng)進行載荷分析，借助軟件來分析動力變量，后者則主要研究系統(tǒng)的運動軌跡等內(nèi)容[2]。從具體情況來看，為了探索液壓挖掘機工作裝置的自適應(yīng)性，則借助了工程機械的基礎(chǔ)控制原理以及技術(shù)，針對波動載荷下工程機械液壓底盤的性能進行的一系列的實驗，并且，針對液壓挖掘機工作裝置的對稱性載荷進行的測算，這一過程是通過計算物料重力來實現(xiàn)的。

（二）液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機仿真的最終成果分析

樣機的動力學(xué)仿真模型的構(gòu)建是探知設(shè)備各鉸接點受力情況最直接的方式，因其成本較低，且數(shù)據(jù)分析較為詳細。經(jīng)液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機仿真模擬的實驗過程可知，動臂和斗桿鉸接點的受力程度最高，相比之下，液壓挖掘機工作裝置中其它的鉸接點的承載能力較弱。在液壓挖掘機工作裝置進行模擬挖掘的過程中，尤其是在仿真設(shè)備進行“舉臂”或“回轉(zhuǎn)”時，所受到的重力影響較小，整個液壓挖掘機工作裝置的運行狀況十分平穩(wěn)，因此，從這一過程可以了解到，在實際運行液壓挖掘機工作裝置時，進行該環(huán)節(jié)操作的安全性與穩(wěn)定性都較為良好。

從以往的工作經(jīng)驗來看，液壓挖掘機工作裝置本身的負載能量的變化極可能會影響到內(nèi)部的液壓驅(qū)動系統(tǒng)的有序運行，進而干擾到工程機械實物的整體動力特性[3]。在這一目標(biāo)的驅(qū)使下，憑借大量的實驗數(shù)據(jù)，分析出有利于設(shè)備運轉(zhuǎn)的最佳狀態(tài)。在液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機仿真操作的過程中，通過仿真液壓挖掘機工作裝置的逆方式操作，以及計算機械設(shè)備中的各個缸的位移STEP函數(shù)值等數(shù)據(jù)，能夠分析并判斷出液壓挖掘機工作裝置在實際運行過程中各鉸接點的受力狀況[4]?？偠灾?，通過對液壓挖掘機工作裝置進行仿真實驗操作所得出的相關(guān)試驗結(jié)果，關(guān)系到機械設(shè)備本身的自適應(yīng)性的調(diào)整，而且，更關(guān)系到借助該機械設(shè)備所能達到的實際效果，針對這些內(nèi)容的探究與記錄對于執(zhí)行具體工作及管理有著至關(guān)重要的意義。

結(jié)束語：

通過對虛擬樣機技術(shù)的研究，構(gòu)建出一套液壓挖掘機工作裝置的仿真操作模型，在進行實驗的過程中，斗桿挖掘力的測算是仿真實驗操作的關(guān)鍵，同時，在相關(guān)技術(shù)軟件的測算分析之下，進一步了解到液壓挖掘機工作裝置的操作數(shù)據(jù)。借助虛擬樣機仿真研究的結(jié)論內(nèi)容，來調(diào)整并利用好液壓挖掘機工作裝置的性能，使其在實踐過程中發(fā)揮出最大效用。

參考文獻：

[1]秦貞沛，朱俊平，鄭東京，等.挖掘機工作裝置的虛擬樣機建立及運動學(xué)仿真—以農(nóng)用液壓挖掘機為例[J].農(nóng)機化研究，2011，04（04）：46-48.

[2]張桂菊，肖才遠，袁文華，等.基于虛擬樣機技術(shù)挖掘機工作裝置動力學(xué)分析及仿真[J].中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，06（06）：1828-1833.

[3]訾建平，陳海虹，王新，等.虛擬樣機技術(shù)在挖掘機工作裝置運動分析中的應(yīng)用[J].礦山機械，2012，12（12）：29-30.

[4]邸麗偉，孔德文，白雪.基于虛擬樣機技術(shù)的機械式礦用挖掘機工作裝置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計[J].建筑機械，2013，01（01）：79-82+86.

作者簡介： 李琚陳（1986.7-）男，合肥人，本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，職稱：助教，研究方向：虛擬樣機及動力學(xué)仿真