悬挂避障式破冰除雪机的建模与仿真

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1、悬挂避障式破冰除雪机的建模与仿真王东胜，段成燕，王百成(黑龙江工程学院机电工程学院，哈尔滨150050)摘要:2013年初冬黑龙江省大部分地区普降了几十年不遇的特大暴雪，快速清除厚度较大压实雪，或冰冻路面上厚度不等的冰是打胜“冰雪战争”的关键。在这场除雪战争中大功率除雪机的优势鲜明。此避障式除雪机既能清除压实雪，又能清除冰雪，同时具有保护路面的避障功能。利用PＲO/E对其进行实体建模及运动仿真。关键词:压实雪;冰雪;除冰雪机;建模;仿真中图分类号:U469．6+91文献标志码:A文章编号:1009－3907(2014)02－0

2、153－030引言2013年冬季黑龙江省大部分地区降下了50年一遇的特大暴雪，高速公路、交通运输业、城市交通、行车的安全和迅捷性带来前所未有的考验。如何高效清除厚度较大压实雪和冰冻路面上厚度不等的冰，市政环卫部门调用各式除雪设备，大功率除雪机在此次清雪作业中的优势最为明显。该课题所研制的悬挂避障式除冰雪机是典型的一机多用型除雪作业机械，在刀具链的结构设计，主传动轴的联接结构，除雪机构是悬挂结构等方面的结构设计时，在保证净雪率的同时充分考虑对路面的保护，具有多角度避障功能。1Pro/E建模软件Pro/E5．0三维设计功能更便捷、

3、更直观。PTC软件提供了对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等工业设计和机械设计方面的多项功能。其运动仿真模块进行实体装配的运动分析和仿真。可以使得原来在二维图纸上难以表达和设计的运动变得非常直观和易于修改，及时地发现干涉，最大限度地的减少损失和生产成本。2悬挂避障式除雪机的三维建模此除雪机采用前置悬挂式装配，在牵引机的前端通过中置式悬挂装置将除雪机构装配在XG920T型轮式装载机上。除雪装置采用链传功驱动除雪刀具。对刀具链的仿真采用平面运动、槽运动和圆柱配合的方式完成装配。由于刀具链的链节数较多，零件形状复杂，计

4、算量较大，增加了整机建模的难度。2．1刀具链的三维设计刀具链是该除雪装置的主要工作部件。在工作宽度方向采用双排交错式布置，为了达到净雪率的设计参数要求，刀具链的链节数较多，同时切削的刀具数较多，调高除雪效率，刀具链的设计是该课题研究的核心问题，其成功研制为除雪机的避障功能的实现提供研究方向，同时为类似结构的三维建模与运动模拟提供借鉴的方法。绘制一条轨迹，将每节链经过多重约束在轨迹上，将轨迹添加到坐标系中，使装配坐标系和组件坐标系重合到一起如图1所示。添加链条内链组件进行约束，形成如图2所示的链约束。收稿日期:2013-12-0

5、9基金项目:黑龙江省教育厅科研项目(11544042)作者简介:王东胜(1960-)，男，陕西西安人，副教授，主要从事工程机械方面研究。154长春大学学报第24卷图1运动轨迹装配图2链约束选取原件项目，建立约束槽。安装外链时约束方式变为【圆柱】和【平面】。整机的仿真运动的实现，其核心技术也是由外链的约束条件保证的。先选中链的前轴，再选链的后轴，使其同轴，保证平面重合。如图3所示。应用上述方法快速实现整条刀具链装配，这个过程非常繁琐，中间任意步骤操作失误都将导致装配失败。如图4所示刀具链的装配。图3内外链装配图4刀具链装配装配

6、时的基准轨迹，为便于后续的操作应将其隐藏。将刀具链装配完成后将其作为一个组件保存，以便总装时调用。2．2除雪机构的三维建模避障式除雪除雪机构由刀具链，传动链轮，传动轴，机架等组件装配而成。如图5所示除雪装置三维模型。除雪机构通过连接吊耳安装到牵引装载机上。当除雪机行驶时，除雪机构处于提升状态;除雪作业时，除雪机构通过悬挂机构调节，使其处于正确的工作位置，考虑到路面上有减速带、下水道井盖、碎石等不确定因素，此工作机构在结构设计上可实现避障功能，其刀具链轮驱动轴间采用十字滑块联轴器传递动力，实现轴向、径向和角位移的补偿，如图6所示

7、，为轴间十字滑块的三维装配，安装时注意平面和滑块配合的设置，及安装顺序。图5除雪装置三维模型图6轴间联轴器的三维安装第2期王东胜，等:悬挂避障式破冰除雪机的建模与仿真1554刀具链的运动仿真建立刀具链运动机构模型，分析其运动规律，建立一系列不同的运动分析方案，每个运动分析方案均可独立修改，完成其优化设计方案，可直接更新装配主模块直接反映优化设计后的结果。由于链条仿真的节数较多，仿真时每运动一帧，都需要对零件进行一次运算，而对链条进行仿真至今还没有一个系统的概念。实现仿真的难度很大。装配时选用的销钉配合，这样可以实现每一个刀具

8、链的回转，如图7所示为刀具链回转体。图7刀具链回转体图8机构分析结果定义槽速度和轴速度，要求三个速度方向相同，检测一下速度条件评估，进行机构分析，如图8所示。5结语通过PＲO/E的运动仿真模块进行装配的运动分析和仿真。可以使得原来在二维图纸上难以表达和设计的运动变得非常直观，