装载机工作装置机构分析

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1、装载机工作装置机构分析MechanismAnalysisofLoaderAttachments于硕闫涵（屮国一拖技术屮心）摘要介绍了MSC.ADAMS软件在装载机工作装置机构分析中的应用，对现设计方案进行了评估，为设计改进提供了有价值的参考数据。AbstractApplicationofMSC.ADAMSsoftwaretothemechanismanalysisof1oaderattachmentwasintroducedinthearticle.Thedesignschemewasevaluated・

2、Al1theseprovidedvaluablerefereneedataforthedesignimprovement.1概述通常在对轮式装载机的工作装置进行机构分析时-•般采用图解法或解析法，采用图解法精度较低，使用解析法计算又很复杂，因此一般只对几个作业位置进行分析计算，难以了解全部工况的作业性能及负荷变化。为解决这一问题，我们使用机械系统运动学少动力学分析仿真软件MSC.ADAMS对其进行分析。机械系统动力学仿真技术首次出现于1980年前后，作为一项工程分析技术口益显示出强大的生命力，它可以帮助设

3、计人员在设计早期阶段通过虚拟样机，在系统水平上真实地预测机械结构的工作性能，实现系统的最优设计。MSC.ADAMS是该领域具有代表性的软件系统。基木的MSC.ADAMS配置方案包括交互式图形环境MSC.ADAMS/View和求解器MSC.ADAMS/Solver0MSC.ADAMS/Solver自动形成机械系统模型的动力学方程，并提供静力学、运动学和动力学的解算结呆。MSC.ADAMS/View采用分层方式完成建模工作。物理系统山一组构件通过机械运动副连结在-•起，弹簧或运动激励可作用于运动副，任意类型的

4、力均可作用于构件之间或单个构件上，由此纟R成机械系统。仿真结果采用形象肓观的方式描述系统的动力学性能，并将分析结果进行形象化输出。2建模方法MSC.ADAMS/View虽然功能强人，但造型功能相对薄弱，难以用它创建具有复朵特征的零件，创建类似装载机工作装置这样复朵的机构是不现实的。因此，我们用Pro/Engineer创建模型，然后将模型传送给MSC.ADAMS进行分析。MSC.ADAMS/View支持多种数据接口，如STEP、IGES、DWG等，但MSC.ADAMS/View并不识别其他CAD系统的装配语

5、义，如对齐、插入、帖合等。因此，只能将机构中的零件分别传送，并为它们建立相同的朋标系，才能保证各零件在装配屮的位置，这种方法效率低下而且很不准确。实际上，Pro/Engineer图约束和载荷与MSC.ADAMS/View之间有更好的接口：MSC.ADAMS软件包中捉供了嵌入到Pro/Engineer屮使用的MECHANISM/Pro和IGES模块。使用这两个模块，可以在Pro/Engineer中精确地定义刚体、运动副和载荷，并可以方便地把整个模型传送给MSC.ADAMS/View,装载机「•作装置的模型如

6、图1所示，为简化计算，不考虑偏载的情况，可以将所有的运动副和载荷定义在对称而上。工作装置的各较点定义为回转副(revolute),油缸的活塞杆和缸筒间定义为滑动副(slide),轮胎与地而间在不考虑滑转率的情况下可定义为齿轮齿条副(gear)oX装载机典型的工作过程包括插入、铲装、重载运输、卸载和空载运输。在此不考虑运输工况，工作装置所受的载荷有插入阻力斤八铲取阻力几八物料重力耳和自身的重力。最人插入阻力F加受限于最大牵引力，可用下式计算：式小M——变矩器涡轮输出力矩；i——变矩器涡轮至轮边的传动比；n传

7、动效率；Rk——轮胎动力半径。最大铲取阻力几力可用铲取吋最大转斗阻力矩换算取得。最大转斗阻力矩发生在开始转斗的一瞬间，其值可用下列实验公式计算：M喰=1」你0.4(X-lLcmax)+r式屮Lcmax——铲斗插入料堆的最人深度;Y——铲斗斗尖到铲斗回转轴G的水平和垂总距离。则:Mi/]图2图4分析典型的作业过程可知，铲斗的插入和铲装是顺序进行的（不考虑联合铲装工况），插入阻力和铲取阻力也依次达到最大值，物料重力则在铲取开始阶段达到最人值，各构件的自重则不发生变化。自重可由系统加载，斤“、化力和耳则需要使用

8、系统提供的step函数模拟，三个力随时间的变化悄况如图2所示。4数据分析4.1典型工作过程仿真在以上设定的情况下对系统进行仿真，得到动臂缸和铲斗缸在作业过程屮的受力情况如图3所示，负载随着铲斗插入深度的增加而增大，并在开始铲掘吋同时达到最人。之示动臂缸重载举升，受力随着传力比的减小而增人，最后随着卸载减小到最小值。该图实际上反映了整机在作业过程屮的负荷变化情况。习惯上使用倍力系数作为评价工作机构连杆系统力传递性能优劣的参数，但