廖建國(guó)，尹旭男，齊 芳，張 強(qiáng)，李 兵

(1.浙江三一裝備有限公司，浙江 湖州 313000； 2.湖州師范學(xué)院 工學(xué)院，浙江 湖州 313000)

0 引 言

履帶行走機(jī)構(gòu)是履帶起重機(jī)重要的機(jī)構(gòu)之一，其動(dòng)態(tài)特性直接影響整個(gè)起重機(jī)的工作性能[1]。國(guó)內(nèi)履帶起重機(jī)的制造廠商主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)及類(lèi)比的方法來(lái)進(jìn)行履帶行走裝置的設(shè)計(jì)，再通過(guò)樣機(jī)試驗(yàn)來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題[2]。這既花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，又存在巨大的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)[3]。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)許多學(xué)者利用ADAMS二次開(kāi)發(fā)來(lái)研究起重機(jī)的質(zhì)量和性能，通過(guò)提取履帶式起重機(jī)在不同工況下的載荷譜，進(jìn)行疲勞情況的仿真分析，從而判斷起重機(jī)使用壽命等[4]，此舉可以大大提高起重機(jī)的安全性。在多體動(dòng)力學(xué)仿真的過(guò)程中，建模又是履帶式起重機(jī)質(zhì)量檢測(cè)的重要一部分。由于履帶式起重機(jī)的履帶板需要并行排列且數(shù)量較多，導(dǎo)致履帶板接口處對(duì)齊的精度和準(zhǔn)度很難保證，導(dǎo)致動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果和實(shí)際測(cè)量結(jié)果差異較大[5]。且履帶起重機(jī)車(chē)型多變，但行走系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)形式一致，不同車(chē)型履帶行走系統(tǒng)僅僅是尺寸大小變化，導(dǎo)致重復(fù)建模，工作量大。

為了解決以上問(wèn)題，筆者利用ADAMS軟件對(duì)起重機(jī)履帶板進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)建模，先在軟件中對(duì)單個(gè)履帶板簡(jiǎn)化建模，編寫(xiě)cmd命令流并錄制，將錄制的宏命令放在程序前端，提取宏命令中的建模相關(guān)參數(shù)作為界面開(kāi)發(fā)中的輸入?yún)?shù)，然后添加導(dǎo)入導(dǎo)出的命令。依據(jù)嚙合節(jié)圓軌跡線編寫(xiě)履帶板纏繞軌跡算法，通過(guò)界面開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)不同車(chē)型的履帶板在履帶架上自動(dòng)纏繞，最后對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試優(yōu)化，增加程序的可靠性。

1 履帶板的二次開(kāi)發(fā)建模

利用ADAMS進(jìn)行的履帶板二次開(kāi)發(fā)功能包括履帶板建模、履帶板纏繞軌跡線算法和定制界面。履帶板二次開(kāi)發(fā)建模流程如圖1所示。

圖1 履帶板二次開(kāi)發(fā)建模流程圖

1.1 履帶板建模

在ADAMS中建立模型時(shí)有兩種方案：一種為外部導(dǎo)入模型，另一種為在ADAMS中通過(guò)軟件自帶建模方法進(jìn)行建模。第一種方案優(yōu)點(diǎn)是三維模型準(zhǔn)確性好；缺點(diǎn)是模型較為復(fù)雜，仿真效率低。第二種方案優(yōu)點(diǎn)是模型簡(jiǎn)單，仿真效率高；缺點(diǎn)是準(zhǔn)確性不高。上述兩種方案都有各自的適用場(chǎng)合。由于履帶起重機(jī)行走過(guò)程的動(dòng)力學(xué)仿真主要目標(biāo)是提取各個(gè)部件間的載荷，對(duì)履帶板三維模型精度要求不高，因此本文采用第二種方案。

1.1.1 履帶板模型簡(jiǎn)化

在ADAMS軟件中使用拉伸、圓角等簡(jiǎn)單命令對(duì)履帶板模型進(jìn)行簡(jiǎn)化建模。簡(jiǎn)化后的模型如圖2所示。

圖2 履帶板的簡(jiǎn)化模型

1.1.2 錄制cmd命令流

使用ADAMS軟件中菜單欄中工具-宏-錄制/播放命令，對(duì)履帶板建模流程進(jìn)行錄制，并把錄制后的宏命令作為程序放于程序前部。提取宏命令中的建模相關(guān)參數(shù)作為界面開(kāi)發(fā)中的輸入?yún)?shù)。

1.1.3 添加導(dǎo)入導(dǎo)出命令

在ADAMS軟件中添加導(dǎo)出導(dǎo)入命令。

1.2 履帶板纏繞軌跡線算法

為了保證接口對(duì)齊的準(zhǔn)確度，可以采用ADAMS二次開(kāi)發(fā)功能，編寫(xiě)cmd命令流，通過(guò)不斷的調(diào)整張緊端的位置，實(shí)現(xiàn)履帶板的自動(dòng)纏繞。由于整個(gè)履帶板是單個(gè)履帶板的復(fù)制，因此每個(gè)器件的參數(shù)不會(huì)出現(xiàn)太大差異，可以通過(guò)建立履帶板接口偏差與張緊端的位置參數(shù)的算法，實(shí)現(xiàn)模型自動(dòng)調(diào)整功能。履帶板纏繞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)如圖3所示。

圖3 履帶板纏繞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖4為嚙合節(jié)圓軌跡線。根據(jù)圖4中的標(biāo)注尺寸計(jì)算嚙合節(jié)圓軌跡線在驅(qū)動(dòng)輪、張緊輪、支承輪等處履帶板的走向，計(jì)算各個(gè)區(qū)間段處能夠布置的履帶板個(gè)數(shù)。通過(guò)復(fù)制及while循環(huán)函數(shù)建立完整的履帶板纏繞模型，完成代碼的編寫(xiě)。

圖4 嚙合節(jié)圓軌跡線

1.3 定制界面

1.3.1 履帶板簡(jiǎn)化建模

根據(jù)履帶板模型二維圖紙的相關(guān)尺寸(見(jiàn)圖5)在ADAMS軟件中建立履帶板模型。

圖5 履帶板模型的二維圖紙

1.3.2 履帶板纏繞系統(tǒng)的建立

履帶板建模系統(tǒng)的界面如圖6所示。圖6界面的參數(shù)按照?qǐng)D5中的正確尺寸對(duì)應(yīng)填寫(xiě)，在ADAMS中實(shí)現(xiàn)履帶板模型的建立或?qū)搿Ｂ膸О謇p繞系統(tǒng)(見(jiàn)圖7)按照?qǐng)D4的正確尺寸填寫(xiě)，在ADAMS中實(shí)現(xiàn)履帶板纏繞模型的建立。在此界面后臺(tái)程序中添加旋轉(zhuǎn)副建立程序，然后自動(dòng)添加每?jī)蓧K履帶板之間的旋轉(zhuǎn)副。

圖6 履帶板建模系統(tǒng)的界面 圖7 履帶板纏繞系統(tǒng)的界面

1.3.3 檢測(cè)及自動(dòng)調(diào)節(jié)程序

完成上述程序后，編寫(xiě)自動(dòng)檢測(cè)調(diào)節(jié)程序，保證自動(dòng)建立后的履帶板纏繞誤差滿(mǎn)足動(dòng)力學(xué)仿真需求。

通過(guò)完成上述流程后，最終實(shí)現(xiàn)履帶板自動(dòng)纏繞功能，并保證圖3中接口對(duì)齊，最終建立完整的履帶板纏繞模型圖如圖8所示。且提供的建模系統(tǒng)和纏繞系統(tǒng)可用來(lái)建立各種不同車(chē)型的履帶行走機(jī)構(gòu)。

圖8 完整的履帶板纏繞模型圖

2 結(jié) 語(yǔ)

采用ADAMS軟件對(duì)履帶板進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)功能包括履帶板建模、履帶板纏繞軌跡線算法和定制界面，最終在ADAMS軟件中建立適合不同車(chē)型，且履帶接口精度高的履帶模型。利用ADAMS對(duì)履帶板二次開(kāi)發(fā)建模，可以大大節(jié)省了建模時(shí)間，提高了建立履帶板模型的準(zhǔn)確性，為下一步動(dòng)力學(xué)仿真奠定了基礎(chǔ)。