基于adams的液压挖掘机铲斗挖掘力优化与油缸动力学仿真分析

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1、基于ADAMS的液压挖掘机铲斗挖掘力优化与油缸动力学仿真分析林庆钻（厦门厦工机械股份有限公司小型机事业部，福建厦门361000）［摘要］基于在Pro/E中建立的液压挖掘机工作装置的三维模型，在ADAMS中建立虚拟样机模型，通过对铲斗挖掘力的分析，基于虚拟样机技术和二次规划算法，以传动比为优化目标，对以铲斗挖掘力为主的机构的点位进行仿真优化设计，得到一个优化值；并以该优化值对油缸进行动力学分析，对比油缸的受力分析。仿真优化结果表明，在规定的约束条件下，该机构达到了优化目的，使机构更加合理。［关键词］液压挖掘机；工作装置；ADAMS；动

2、力学仿真分析［中图分类号］TD422［文献标志码］B［文章编号］1001-554X（2012）02-0087-04DynamicsemulationanalysisofhydrauliccylinderandexcavatingforceoptimizationofbucketbasedonADAMSforhydraulicexcavatorLINQing-zuan1挖掘机工作装置挖掘力分析和虚拟样机LA·LC/LB·LD——传动比R。建模［2］1.2工作装置虚拟样机建模［1］1.1挖掘力分析1.2.1模型的建立液压挖掘机铲斗挖掘力

3、主要由铲斗油缸和转基于XG805L（整机重量5t，斗容量0.2m³）斗传动比R决定，传动比的优化对于提高铲斗挖掘液压挖掘机，以平面坐标系相对原点O建模（见性能存在直接关系。图2），以动臂上铰接点的竖直方向为Y轴和地平铲斗切入物料是铲斗和斗杆挖掘力共同作用面为X轴建立平面坐标系。因此在建模时可根据的结果，PCSA标准第3号和SAE标准J1179对铲斗XG805L挖掘工作装置的点位（相对平面坐标系原［2］和斗杆挖掘力进行了定义，本文只研究铲斗挖掘点）、模型、重量和重心进行较详细的建模，力，如图1所示。进行较真实仿真。仿真状态是：（1）动

4、臂油缸全缩；（2）斗杆与动臂铰接点和斗杆与铲斗铰点的LLACFB=pAiB（1）连线垂直于地平面；（3）传动比最大。LLBD1.2.2加载约束和驱动式中FB——铲斗挖掘力；在各个铰点加载旋转约束，油缸加载平移约Pi——工作装置液压系统最大压力；束，在研究铲斗挖掘力时，对动臂油缸和斗杆油缸AB——铲斗油缸作用面积；进行固定。LA——铲斗油缸作用力臂；在斗杆和铲斗的铰点增加一驱动。LB——摇杆的作用力臂；［收稿日期］2011-07-28LC——连杆的作用力臂；［通讯地址］林庆钻，厦门市集美区杏林灌南路668号厦工LD——斗齿尖在转斗挖掘

5、时的作用力臂；机械股份有限公司小型机事业部CONSTRUCTIONMACHINERY2012.287设计计算DESIGN&CALCULATION目标函数为FUNCTION_MEA_R=（FUNCTION_LMEA_La*FUNCTION_MEA_Lc）/（FUNCTION_LBAMEA_Lb*LD）。其传动比分析曲线如图3所示。铲斗油缸0.35摇臂0.30.25HGR0.2传动比0.15拉杆IJ0.10.05LD00LC0.20.390.590.780.981.181.371.571.761.962.162.352.552.742.

6、943.143.333.533.723.924.124.314.514.74.95.15.295.49时间/stFB图3传动比曲线图1铲斗相关参数在1.9s时，传动比最大为0.2906，根据式（1），可算出最大挖掘力FB=28kN，挖掘力偏Y小，因此需对传动比进行优化改进。2.2优化分析铲斗机构点位动臂挖掘力与传动比R成正比例关系，而传动比又与斗杆与摇臂的铰点H、斗杆和铲斗的铰点I、摇斗杆与动原点O臂铰接点臂和拉杆的铰点G及铲斗和拉杆的铰点J有关。为X地平面避免进行太多改动，铲斗的点位I和J、斗杆的点位I不作变动，在LD=906不变

7、的情况下，主要通过斗杆调整H和G点的坐标，即调整G点的X和Y坐标变量DV-1和DV-2，以及H点Y坐标变量DV-3，优化传动比R。首先，初步确定3个设计变量对目标函数敏感度影响的取值范围，如表1所示。图2挖掘机工作装置模型表1设计变量取值范围2工作装置铲斗机构点位优化变量初始值/mm变量收敛区间/%DV-122180～4以该机原有工作装置为基础，对工作装置液压系统（油缸、管路及系统压力20MPa）和铲斗DV-2-12570～63（LD=906mm，铲斗容量0.2m）不作更改。DV-3-987-4～0挖掘工况下，主要优化铲斗机构的相关

8、点位（摇臂、拉杆、斗杆和铲斗的相互铰接点位），对［3］其次，建立约束函数LA≥110，即FUNC-机械系统进行仿真优化，最终优化传动比R，使机TION_MEA_La1=110-FUNCTION_MEA_La；构更加合理。LB≥110，