液压挖掘机挖掘力的仿真与试验研究

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1、万方数据现代制造t程2009年第4期设备设计／诊断维钞再制造液压挖掘机挖掘力的仿真与试验研究+周宏兵1’2，胡雄伟1，谢嵩岳1’2(1中南大学机电工程学院，长沙410083；2湖南山河智能机械股份有限公司，长沙410100)摘要：借助P彬E4．0和ADAMS2005两种软件，建立SWE90U液压反铲挖掘机的虚拟样机。在虚拟环境中，对该挖掘机的铲斗挖掘力和斗杆挖掘力进行仿真测试。以SWE90U液压挖掘机为平台进行相关试验，并将仿真结果与试验结果进行对比分析。关键词：虚拟样机；ADAMS；挖掘力中图分类号：TP391．9文献标识码：A文章编号：1671_3133(2009)04-

2、-0092----04SimulationandexperimentofthediggingforceofthehydraulicexcavatorbasedonvirtualprototypeZHOUHong—bin91’2，HUXiong-wei1，XIESong—yuel’2(1CollegeofMechanicalElectricEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083，CHN；2HunanIntellectualFacultiesMechanicalLimitedCompany，Changsha410100。

3、CHN)Abstract：UsesPro／E4．0andADAMS2005toestablishthevirtualprototypeofthehydraulicbackhoeexcavatorSWE90U．Inthevirtualenvironment，thesimulationandtestofthebucketdiggingforceandthe删digsingforceofthisexcavatorisaccom-plished．Then，relatedexperimentsarecarriedoutontheexcavatorSWE90U，andthecompara

4、tiveanalysisbetwe蛐thesimulationresultandtheexperimentalresultiscompleted，too．Keywords：virtualprototype；ADAMS；diggingforce目前，各种类型的挖掘机已广泛应用于工业及民用建筑、交通运输、水利电力工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等的机械化施工中⋯。液压挖掘机的挖掘力是指油缸的液压油压力，通过相应构件传递给斗齿并用来切削土壤的作用力，它是衡量反铲装置挖掘性能的重要指标之一【2J。根据挖掘机挖掘方式的不同，挖掘力可分为铲斗油缸挖掘力、斗杆油缸挖掘力和动臂油缸

5、挖掘力。对反铲挖掘机，动臂油缸挖掘力一般不予考虑。以往，人们只能通过理论计算或样机测试的方法来获得挖掘机的挖掘力，随着计算机仿真技术的发展，采用虚拟样机技术就可以便捷地得到准确的挖掘力数值。笔者通过建立SWE90U液压反铲挖掘机的虚拟样机，对该挖掘机的铲斗挖掘力和斗杆挖掘力进行仿真测试，并以SWE90U液压挖掘机为平台进行相关试验。·国家863项目(2003AA430200)921虚拟样机的建立1．1Pro／E三维实体模型的建立挖掘机的主要结构部件包括机身、动臂、动臂油缸及其活塞杆、斗杆、斗杆油缸及其活塞杆、铲斗、铲斗油缸及其活塞杆、摇杆和连杆等。根据SWE90U挖掘机的设计

6、图样，采用功能强大的三维实体造型软件Pro／E，逐一建立构件的实体模型，并使用自底向上的装配方法完成整个挖掘机的三维实体模型，见图1。在装配过程中，利用Pro／E便捷的零件位置定位功能，适当调节铲斗油缸活塞杆的伸出长度，以保证铲斗液压缸处于能对铲斗铰轴产生最大力矩的位置，即使点曰到铲斗油缸液压推力作用线的距离最远；适当调节斗杆油缸活塞杆的伸出长度，以保证斗杆液压缸处于能对斗杆铰轴产生最大力矩的位置，即使点A到斗杆油缸液压推力作用线的距离最远，也即使A、C两点的连线垂直于斗杆油缸液压推力作用线。这就万方数据设备设计／诊断维修／再制造现代制造工程2009年第4期为后面挖掘力的仿真

7、测试确定了初始姿态，而不需要到ADAMS环境中再进行调整。2挖掘力仿真测试图1整机三维实体模型A动臂与斗杆之间的铰接点B．斗杆与铲斗之间的铰接点C斗杆活塞杆与斗杆之间的铰接点D．铲斗齿尖点1．2ADAMS虚拟样机的建立在Pw／E环境中，将建立的挖掘机整机模型保存为Parasolid格式的文件，然后进入ADAMS环境，在File菜单中选择Import命令，在打开的对话框中选择输入文件的格式为Parasolid，通过浏览方式找到刚刚建立的挖掘机Parasolid格式文件，并给新文件取一个合适的名字，点OK按