实现装载机工作装置的运动仿真及优化

摘 要
　　以装载机反转六连杆工作装置为模型，建立了铲斗、动臂、摇臂及拉杆等工作装置构件模型，并利用该模型通过加载多个约束后实现目标函数，实现对工作装置的优化，使工作装置各项参数达到要求。
　　
　　关键词
　　装载机 工作装置 优化

　　1 工作装置结构及运动
　　机械系统动力学分析软件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)是目前国际上使用最广泛的机械系统动态模拟CAE软件，在ADAMS环境下，通过建立装载机工作装置模型，可以进行该系统的优化设计。装载机反转六连杆工作装置(图1)主要由铲斗、动臂、摇臂、拉杆及控制其举升的动臂油缸和控制铲斗转动的转斗油缸及载体车架组成。其通过控制动臂油缸及转斗油缸完成动作。现以我公司产品18装载机为例介绍工作装置运动仿真及优化过程。

图1 装载机反转六连杆工作装置

　　2 工作装置模型的建立
　　在SOLIDEDGE中建立18装载机工作装置三维模型，并以Parasolid格式文件输出。然后通过ADAMS软件提供的几何实体模型读入接口，将所建零件三维实体模型读入到ADAMS中，并附加各零件的属性。和ADAMS中9个Point点的坐标对应建立工作装置模型(图2)整个模型由8个可动部件、9个Revolute Joint、2个Translational Joint、2个Translational Joint Motion及1个加载在主刀板上的力组成。其中各部件的名称及其说明见表1，工作装置各铰点初始位置的坐标见表2。

图2 LG918工作装置ADAMS模型

　　3 运动过程的仿真及数据的输出
　　工作装置的运动仿真过程如下：首先，铲斗在转斗缸的作用下收斗44o(可以根据实际设计确定)，然后转斗缸闭锁，举升动臂，当举升到最高位置时动臂缸闭锁，铲斗卸料45o，最后收缩动臂缸回到初始位置完成循环。根据以上四个过程建立Sensor。编写Simulation，通过控制转斗、动臂两油 缸的运动及激活不同的传感器使工作装置完成整个运动仿真。输出在整个运动仿真过程中铲斗与拉杆的夹角拉杆与摇臂的夹角铲斗的转角FUNCTION_MEA_1、转斗缸传力比COMP_MEA_1及其它的变量的参数曲线。通过这些曲线我们能清晰的看出这套工作装置在任意位置的各项性能。




　　4 优化过程
　　根据装载机工作装置设计标准和我们对18工作装置的适用工况建立以下约束：1)整个动作过程铲斗与拉杆的夹角始终不小于15o，不大于165o。2)整个动作过程拉杆与摇臂的夹角始终不大于165o。3)工作装置自动放平角度小于0.6o。4)铲斗最高位置举升时收斗角大于58o。5)初始位置的KO(转斗缸传力比)值不小于0.4。我们把上面9个铰接点中的Point2、Point4、Point5及Point6的X轴或Y轴坐标8个参数作为变 量，利用ADAMS中的Design evaluation Tools把举升过程中的转角变化最小作为目标函进行优化，优化结果及性能参数曲线如表3。对比优化前后工作装置各项参数如表4。

　　从表中可以看出经ADAMS优化后的工作装置各项参数明显优于初始值。
　　5 结论
　　综上所述，用ADAMS软件对装载机工作装置进行运动学和优化，能直观的看出运动过程中各参数的变化情况，在给出了初始条件后根据设计意图通过调整约束条件优化出理想的工作装置。
　　参考文献：
　　1、王国彪 杨力夫 装载机工作装置优化设计 机械工业出版社 1996年2、陈秀宁 机械优化设计 浙江大学出版社3、周林松 装载机动态模拟及其应用，工程机械 20024、Using ADAMS/View5、Using ADAMS/Solver6、Using The ADAMS/View Function Builder