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四自由度挖掘机的工装装置运动仿真及分析

2013/6/21    来源:e-works    特约撰稿人:田伟  徐胜男      
关键字:液压挖掘机  四自由度  Solidworks motion模块  运动学仿真  包络图  
本文利用SolidWorks软件对履带式液压挖掘机进行实体建模,在原有的三自由度机构上改进成四自由度机构,并用SolidWorks 2012强大的motion模块对该挖掘机的工作装置进行运动学仿真,得到该挖掘机的挖掘轨迹包络图。仿真结果表明,所设计的液压挖掘机工作装置较为合理,从包络图中分析得知,与原始相比加大了最大垂直距离挖掘深度和挖掘范围,满足对特殊工作尺寸的要求。

1 引言

    液压挖掘机是一种多功能挖掘装载机械,市场上普遍的是三自由度液压挖掘机,主要用于破碎、起重、装载、拆除、抓取、打桩、转孔、振捣、推土等多种场合,其工作装置主要结构为动臂、斗杆、铲斗。这种普通结构的反铲液压挖掘机能较好的适应一般的挖掘工作,因此应用范围广,但不能进行特殊的工作如清理桥下淤泥等。为了满足特殊的工作要求,把三自由度改为四自由度,将原来的动臂分为大动臂和小动臂,斗杆、铲斗长度不变,当小动臂油缸不动时与三自由度挖掘机挖掘范围相同,当需要特殊工作需要时小动臂油缸作用,增大挖掘深度和挖掘范围,实现一机多用。同时为了提高挖掘机的设计质量,验证设计的正确性,本文将液压挖掘机工作装置用三维造型软件SolidWorks 2012进行建模、装配并用SolidWorks 2012的motion模块进行仿真分析,进而确定挖掘机整机作业范围,校验所设计液压挖掘机工作装置的正确性。

2 虚拟样机的建立

    SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统,功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点。三维实体模型设计的准确程度对虚拟样机的仿真和分析结果汲汲相关 ,因此必须明确各个零部件的外形尺寸及它们之间的相对位置要求和装配约束关系,在实体建模时严格按照实际的尺寸进行,以达到仿真结果的准确性。利用各种约束装配关系完成液压挖掘机工作装置装配后的实体造型,如图1所示。由于主要是对工作装置进行运动学仿真,因而对系统模型进行简化。运用SolidWorks Motion进行仿真分析。

    SolidWorks Motion具有如下功能:

    (1)验证机构运动的正确性,对运动进行仿真,计算机构任一时刻的位置、速度、加速度;

    (2)通过运动分析可以得出角速度,角位移,角加速度;

    (3)跟据给出的力决定运动状态及反作用力;

    (4)可以对运动点进行标记,画出标记点的仿真运动轨迹;

    (5)可求得零件的能量变化曲线;

    (6)通过尺寸变量对机构进行优化;

    (7)可以通过函数对马达运动做出相应的调整;

    (8)可以使不同相对运动零件的同一测量值在同一图解中以曲线形式表示出来。

四自由度单斗液压挖掘机工作装置装配图

    1.回转平台 2.大动臂 3.小动臂 4.斗杆 5.铲斗 6.连杆 7.摇臂

    8.铲斗油缸 9.斗杆油缸 10.小动臂油缸 11.大动臂油缸

    图1 四自由度单斗液压挖掘机工作装置装配图

责任编辑:程玥
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