论挖掘机械建模研究

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1、论挖掘机械建模研究摘要：利用三维实体建模软件Pro/E与机械系统动力学仿真分析软件ADAMS建立了挖掘机器人机械子系统、液压子系统模型，并在ADAMS环境中利用参数关联技术，将两个子系统模型集成，建立起挖掘机液压与机械一体化的虚拟样机模型；在此基础上进行了大量的运动学和动力学仿真。研究结果为预见设计方案的可行性及物理样机的试制提供了一定参考；可提高产品开发速度和精度，降低开发成本；具冇重要的理论与工程意义。关键词：挖掘机器人；液压机械复合系统；虚拟样机挖掘机器人是机液一体化的机械装备，对挖掘机的开发涉及到机

2、械和液压等学科领域的技术。传统的物理样机开发模式存在开发周期长、成木高、修改困难等多方面的问题。应用数字化虚拟样机技术能有效地克服传统物理样机开发模式的缺陷，加快产品开发速度，节约开发成本，为机）液复合系统设计、产品复合性能评价提供了一种有效的手段。借此技术，工程设计人员可在建造物理样机之前，在计算机上建立虚拟样机模型，伴之以三维可视化处理，模拟现实环境下系统的运动和动力特性,并根据仿真结果对各种设计方案进行快速优化对比，在设计早期就能确定关键的设计参数，预测产品系统性能，以减少产品开发阶段，物理样机的试制

3、、试验次数，节省设计经费，缩短设计周期，提高产品质量及产品系统性能。一、机械系统建模利用三维实体建模软件Pro/E和机械系统动力学仿真分析软件ADAMS/View联合建立挖掘机机械系统模型。1.1Pro/E环境建模与装配机械系统模型的准确性是决定所设计的液压系统是否具有实用性的前提条件，所以，建立的机械系统模型应尽可能准确，但考虑到仿真实时性要求，模型在基本适合所要求工况的前提下还应尽可能简单。根据研究目的，建模时将挖掘机结构进行了合理的简化和抽象，按照是否存在相对运动（暂不考虑行走运动）将挖掘机器人划分为

4、：转台1、动臂2、斗杆3、铲斗4、铲斗摇杆5、铲斗连杆6、动臂液压缸体7、动臂液压活塞杆8、斗杆液压缸体9、斗杆液压活塞杆10、铲斗液压缸体11、铲斗液压活塞杆12共十二个大运动部件.挖掘机三维实体建模包扌舌所有零件的三维实体模型建立及整机装配。利用Pro/E特征选项里的拉伸、旋转、剪切、混合扫描等操作命令建立各零部件；然后按照挖掘机工作装置的各零部件间装配与配合关系，对各零件的三维实体模型进行装配，得到挖掘机整机的三维实体装配模型。1.2机械系统模型从Pro/E传到ADAMS/View中ADAMS提供了与

5、Pro/E软件的数据交换接口Mechemism/Pro,Mechanism/Pro是MSC公司为ADAMS开发的与Pro/E软件的专用接口程序，作为一个菜单，挂接在凶。/E环境中。该模块是连接Pro/E与ADAMS之间的桥梁。二者采用无缝连接的方式，使用户不需要退出Pro/E应用环境，就可以将装配完毕的总成传送到ADAMS/View中。利用该接口模块解决了ADAMS环境中不易构建复杂模型的缺点，使用户可以在其熟悉的CAD中建立三维机械系统模型，通过一个按键操作，就可将数据传到ADAMS环境屮，提高了工作效率

6、。三维实体模型进入ADAMS/View后，各零部件之间是毫无联系地独立存在于ADAMS/View环境中。这种状态下即使全部零部件都己导入，也不能构成一台具有现实意义的虚拟样机。只有在此基础上，借助ADAMS软件再添加适当的连接、载荷、运动约束和力等模型特性，才能建立仿真模型即虚拟样机。动臂下饺点饺接在转台上，利用动臂油缸的伸缩，使动臂绕动臂下较点转动，依靠斗杆油缸使斗杆绕动臂的上较点摆动。二、液压系统建模本文根据需要对液压油路进行了简化，并按功能划分为结构相似的动臂、斗杆、铲斗、回转、行走五个工作回路.挖掘

7、机举升机构，即动臂的液压工作回路，其是简化的执行元件为液压缸的典型液压回路，其它儿个回路与此类似。当换向阀4由中位移至左位（下）时，压力油经单向阀3进入液压缸底部，液压缸上腔里的液压油回到油箱，活塞向上运动；反之，当换向阀4由中位移至右位（上）时，液压油直接进入液压缸上腔，使活塞向下运动，从液压缸下腔流出的油通过阀6回到油箱，如达到一定压力，则向液压缸上腔补油。当换向阀处于屮位时,阀5和阀6均关闭，活塞双向锁止，动臂处于某一固定位置。以下为基于流体传动理论，利用ADAMS提供的数值算法和函数，创建液压元件和

8、液压系统模型的过程。2.1压力源（泵）及油箱压力源是为整个液压系统提供动力的元件。根据液压系统的设计，压力源的初始压力设为11・4MPao一般情况下，液压系统工作时压力源的压力变化不大，故认为该压力为定值，并将压力变化函数设置为与初始压力相同的数值，即设为定值；油箱被认为是一个很人容积的蓄能器，压力可维持不变，故油箱模型只需设置压力参数即可。2.2方向控制阀（三位四通阀）方向控制阀为整个系统的控制中枢。由操作人员