大型挖掘机工作装置刚柔耦合运动性能分析.pdf

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1、第55卷第lo期农业装备与车辆a-S12017年10月V01．55No．10AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERINGOctober2017doi：10．39696．issn．1673-3142．2017．10．019大型挖掘机工作装置刚柔耦合运动性能分析罗士淼，戴凤强(200093上海市上海理工大学机械工程学院)【摘要】针对挖掘机在复杂工况下的频繁启停工作，结合虚拟样机与CAE技术，利用Solidworks软件建立了挖掘机三维模型，并根据有限元理论和多柔体动力学理论建立其工作装置刚柔耦合分析模型。在ADAMS中完成了挖掘机模拟实

2、际工况的动力学仿真，得到工作装置的时变特性曲线。对比结果表明刚柔耦合模型更加贴近实际。能更准确地反映工作装置的运动性能，可进一步为挖掘机结构的设计优化，振动特性分析等提供参考依据。【关键词】挖掘机；工作装置；刚柔耦合；多体动力学【中图分类号1TU621【文献标识码】A【文章编号】1673-3142(2017)10-0084-05Rigid-flexibleCouplingDynamicsPerformanceAnalysisofLargeExcavatorWorkingDeviceLuoShimiao，DaiFengqiang(SchoolofMechnicalEng

3、ineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechonogy，Shanghai200093，China)[Abstract]Inviewoftheexcavatorinfrequentstart-stopworkofcomplexworkingconditions，combinedwithvirtualprototypeandCAEtechnology，theexcavatorthree-dimensionalmodelisestablishedbySolidworkssoftware，andaccordingtothefin

4、iteelementtheoryandmultipleflexible-bodydynamicstheory，theworkingdevicecoupledanalysismodelisestablished，dynamicsimulationoftheactualworkingconditionofexcavatorisrealizedinADAMS，thetime-varyingcharacteristicoftheworkingdeviceisachieved．Comparisonresultsshowthatthecoupledmodelismorepract

5、ical，canreflectthemotionperformanceofequipmentmoreaccurately，Canprovideareferencebasisforoptimizationdesignoftheexcavatorstructureandvibrationperformanceanslysis．【Keywords]excavator；,workingdevice；rigid-flexible；multi-bodydynamics0引言液压挖掘机应用广泛，功能多样，作为挖掘、搬运设备在现代化建设中发挥着至关重要的作用。为了提高它的工作效率与运

6、动性能，国内外学者也做了大量的研究工作，并取得了一定的成果。在传统设计中对其机械结构进行动力学分析时，通常将执行机构作为理想刚体处理，并基于有限元法针对不同工况进行静强度与刚度分析，通过选取合理的安全系数进行强度校核，进而指导产品设计过程。这样容易导致结构设计过于保守，结构太过笨重，并且没有合理考虑工作装置的弹性变形与冲击载荷作用下结构的受力问题。如今，机械系统中轻质化材料的使用会对机械系统的运动性能产生重要影响，进而影响每个部件内部的应力应变分布情况，所以将挖掘机工作装置完全视为刚体已不能满足当今的设计要求n。l。收稿日期：2017—03-02修回日期：2017-0

7、3—10随着工作效率的不断提高，机构运动速度的大幅度提升，构件柔度的增加，挖掘机大臂与斗杆运行时惯性力的产生必会导致柔性部件的弹性变形。因此，为了更加准确地研究挖掘机系统的运动特性，挖掘机执行机构的运动部件必须做柔性体假设。文中采用有限元技术将挖掘机大臂与斗杆柔性化，然后导人到ADAMS中进行刚性替换，进行刚柔耦合动力学仿真，求解了工作装置的时变特性曲线，为工作装置结构的改进与系统的优化提供参考。1多柔体动力学理论柔性多体动力学理论是在多刚体系统动力学理论的基础上，研究大范围刚体运动与柔性体变形之间的相互耦合作用，以及耦合所导致的动力学效应¨】。对于