曠水章 涂 宇

（湖南交通工程學(xué)院 421009）

基于ADAMS二次開發(fā)尋找挖掘機工作裝置最危險工作姿態(tài)

曠水章 涂 宇

（湖南交通工程學(xué)院 421009）

對挖掘機工作裝置進行壽命分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，需要以最危險姿態(tài)下鉸點力作為有限元分析的載荷條件。針對工作裝置最危險工作姿態(tài)難以確定這一問題，本文提出了一種基于ADAMS二次開發(fā)獲得挖掘機工作裝置最危險工作姿態(tài)的方法。通過編寫的二次開發(fā)程序，使其參數(shù)化，通過編制的宏命令，自動修改三液壓缸長度，得到了工作裝置的每個姿態(tài)，對每個姿態(tài)進行ADAMS動力學(xué)仿真，獲得了最危險姿態(tài)下各鉸點力。通過挖掘試驗，驗證了仿真得到的最危險工作姿態(tài)是正確的。

ADAMS二次開發(fā)；工作裝置；動力學(xué)仿真；最危險工作姿態(tài)

前言

隨著計算機編程技術(shù)的發(fā)展，ADAMS二次開發(fā)功能得以增強，包括ADAMS/View界面的用戶化設(shè)計，利用cmd語言實現(xiàn)自動建模和仿真控制，通過編制用戶子程序滿足用戶的某些特定需求等功能。

傳統(tǒng)液壓挖掘機工作裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化時是按照經(jīng)驗確定其最危險姿態(tài)，這樣得到的最危險姿態(tài)誤差較大，優(yōu)化結(jié)果不夠理想。本文通過ADAMS二次開發(fā)，能精確獲得挖掘機工作裝置最危險工作姿態(tài)以及此狀態(tài)下各鉸點力，并將姿態(tài)數(shù)據(jù)（位移）以及鉸點力數(shù)據(jù)保存成數(shù)據(jù)文件，為挖掘機工作裝置的壽命分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供準(zhǔn)確的載荷條件[2]。

1 工作裝置的ADAMS二次開發(fā)

1.1 二次開發(fā)前處理

對工作裝置進行二次開發(fā)，首先要建立工作裝置參數(shù)化模型[3]，如圖1。

圖1 工作裝置參數(shù)化模型

由加長型三個液壓缸的最大行程設(shè)置其步數(shù)都為11，L1=1570+ 108×步數(shù)，L2=1675+108.5×步數(shù)，L3=1365+88.5×步數(shù)，因此可得到其運動的所有姿態(tài)為1331種。（L1，L2，L3分別為動臂油缸，斗桿油缸，鏟斗油缸長度）。工作裝置的各鉸點坐標(biāo)系設(shè)定，如圖2所示。

圖2 工作裝置的各鉸點坐標(biāo)系

2 ADAMS二次開發(fā)動力學(xué)仿真及分析

通過二次開發(fā)程序控制三個液壓缸的位移，獲得1331種姿態(tài)，動臂與斗桿鉸接處，斗桿與鏟斗鉸接處，搖桿與斗桿鉸接處，連桿與鏟斗鉸接處鉸點力的變化如圖3所示。

圖3 鉸點受力曲線

從曲線中可以找到最危險姿態(tài)，即斗桿與鏟斗鉸接點、鏟斗齒尖三點共線姿態(tài)。此姿態(tài)出現(xiàn)在仿真運行8.2s的時刻，其姿態(tài)位置圖如圖4所示，并可得到此姿態(tài)下動臂、斗桿上的各鉸接點的力，如表1所示。

得到最危險姿態(tài)的一組鉸點力后，在進行疲勞壽命分析時就可以用鉸點力作為載荷條件，通過有限元分析得到各單元在該姿態(tài)下的主應(yīng)力，對每個單元的同方向主應(yīng)力進行組合進行疲勞計算，得各單元最小壽命值及對應(yīng)的組合工況，對所有單元進行比較分析，得到整個結(jié)構(gòu)最

圖4 動力學(xué)仿真最危險姿態(tài)

表1 最危險姿態(tài)下各鉸銷點的力

3 結(jié)論

（1）對挖掘機工作裝置進行運動學(xué)理論分析，建立了參數(shù)表達式及模型，開發(fā)了一種基于ADAMS二次開發(fā)尋找工作裝置最危險工作姿態(tài)的方法。

（2）通過實車挖掘試驗，驗證了ADAMS二次開發(fā)尋找挖掘機工作裝置最危險工作姿態(tài)方法的正確有效性。以此危險姿態(tài)下鉸點力作為有限元分析的載荷條件，對挖掘機工作裝置進行壽命分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

（3）該ADAMS二次開發(fā)獲得極值位置的方法可以推廣應(yīng)用到其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

[1]鄭建榮.ADAMS-虛擬樣機技術(shù)入門與提高[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[2]Ward Peter，Wakeling Andrew，Weeks Richard.Design Of An Excavator Arm Using Optimization Techniques[J].SAE Technical Paper Series，1987，5：138～144.

[3]余新康，王健.基于ADAMS的液壓系統(tǒng)虛擬樣機[J].礦山機械，2003，31（8）：48～50.

[4]李增剛.ADAMS入門詳解與實例[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009，8.

[5]鄭凱，胡仁喜，陳鹿民.ADAMS機械設(shè)計高級應(yīng)用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

TU621

A

1004-7344（2016）24-0222-02

湖南省教育廳高等學(xué)?？蒲许椖浚?5C0494）、湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目（634）。

2016-8-10

曠水章（1986-），男，助教，研究方向為汽車電子。