基于ANSYS和ADAMS的连续液压装载机装载部研究

ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ａ ｓ ａ ｎ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ．Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ，ａ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｗａ ｓ ｄ ｏ ｎ ｅ ，
分 析 结 果 为 改 进 装 载 机 工 作 系统 提 供 了理 论 依 据 。 关 键词 ： 装 载机 ； 工作机 构 ； 耦合 ； 发 动 机 模 型
中图分 类号 ： Ｕ４ １ ５ ． ５ １ 文 献标 志码 ： Ｂ
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｌｏ ａ ｄ ｅ ｒ ’ Ｓ Ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎｇ Ｍｅ ｃ ｈａ ｎｉ ｓ ｍ
ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂｌ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｒ ｌ ｔ ｔ ｈｅ ｗｈｏ ｌ ｅ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎｅ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｐｒ ｏ ｖ ｉ ｄｅ ｓ ｔ ｈｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈｅ ｉ ｍｐｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎｔ ｏ ｆ ｗｏ ｒ ｋｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｗｈｅ ｅ ｌ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｌ ｏａ ｄｅ ｒ；ｗｏ ｒ ｋｉ ｎｇ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎｉ ｓ ｍ ；ｃ ｏ ｕｐ ｌ ｉ ｎｇ；ｅ ｎｇ ｉ ｎｅ ｍｏ ｄｅ ｌ
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ ０ ９ ２ ２
能 良好 、 机 动灵活 、 操纵 轻便 、 经济 性好 、 使用 维修 方 便 的小 型工程 机械 。其 主要 参数指 标见 表 １ 。

Ｐｅ ｇ Ｌｉ ｕ ，ＬｉＧｕ ｎ ｎ ｈ ｉ ａｇ
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｃ ａ ｉａ Ｅ ｇ ｎ ｅｉｇ Ｓ ｈ ｏ ｈ ｎｃｌ ｎ ｉｅ ｒ ，Ｈｕ ａ ｉｅｓ ｙｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｈ ｚ ｏ ｕ ａ １ ０ ７ ｈｎ ） ｏ Ｍｅ ｎ ｎｎ Ｕｎｖ ｒ ｔ ｆ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｚ ｕ ｈ ｕＨ ｎ ｎ４ ２ ０ ，Ｃ ｉａ ｉ Ｔ
第 ２卷 第 ２ ６ 期
２１ ０ ２年 ３ 月
湖
南
工
业
大
学
学
报
Ｖｏ ．６ ＮＯ ２ １ ． ２
Ｍ ａ ． ２０ｌ ｒ ２Ｊ ｕｒ ａ ｕ ｎ Ｕｎｉ ｒｉｙ ｏｆＴｅ ｈｎｏ ｏ ｏ ｎ ｌ Ｈ ｎａ ｏｆ ｖｅ ｓｔ ｃ ｌ ｇｙ
ｄ ｉ ０３ ６ ０ｉ ｎ１７ — ８ ３２ １ ． ．１ ｏ： ．９ ９ ．ｓ ． ３ ９ ３ ．０ ２０ ００ １ ｓ ６ ２
ＡＤ ＡＭＳ和 ＡＮ ＹＳ对机构 的联合仿真分析 Ｓ
彭礼辉 ，李 光
（ 湖南工业大学 机械工程学院 ，湖南 株洲 ４ ２ ０ １ ０ ７）
摘
要 ：提 出了利用 ＡＤＡ ＭＳ和 ＡＮＳ ＹＳ的联合仿真对机 构进行优 化设 计。利 用 Ａ ＭＳ软件 对机 构进行 ＤＡ
动力 学仿真 分析 ；将 动力 学仿真 分析 得到 的载荷谱 输入 ＡＮＳ ＹＳ软件 中，计算 出机构更精确 的应力和应 变值 ； 利 用 ＡＤＡ ＭＳ软 件构 建一个 刚柔耦合模 型 ，从 而可 以更加真 实地模拟机 构的动 态性能 ，提 高计算精度 。并 以
Ｋｅ ｗｏ ｄｓ：ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｙ ａ ｃ ；ＡＤＡＭ Ｓ；ＡＮ Ｓ Ｓ Ｃ —ｉ ｕ ａｉ ｎ ｙ ｒ ｃ ａ ｉ ａ ｎ ｍｉ ｓ ｄ Ｙ ； Ｏ ｓｍ ｌｔｏ

ａ ｄ ＡＤＡＭＳ ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｈ ｅ ｖｒｕａ ｒ ｔｔ ｐ ｓ ｂ ｉｔｉ ｎ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ．Ｔ ｉｔ ｌｐ ｏ ｏｙ ｅ ｗａ ｕ ｌ ｎ ＡＤＡＭＳ，ｈ ｒ ｂ ｔｃ ｎ ｂ ｉ ｌ ｔｄ ｔ ｅ ｃ ｕ ｓ ｔ ｅ ｅ ｙ ｉ ａ ｅ ｓｍｕ ａｅ ｈ ｏ ｒ ｅ
ｏ． ｄ
Ｋｅ ｒ ｓ： ａｌ ｔｚ ｄ ｌａ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ；ＡＤＡＭＳ；ＡＮＳ ｙ ｗｏ ｄ ｐ ｅ ｉｅ ｏ ｄ ｎ ｙ ｔｍ ｌ ＹＳ；ｓｍｕ ａｉｎ ｉ ｌｔｏ
０ 引 言
整体 自装 卸 车是 近年来 发展 起来 的集 装 、 、 功 卸 运 能 于一体 的新 型集 装化 运输 车辆 ， 军事 上用 途广 泛 ， 在 优 越性 明显 。整体 自装卸 车对 托盘 的装 卸是 通过 对托
中图 分类号 ： Ｈ一 ９；Ｐ ９ ． Ｔ ３ Ｔ ３ １９ 文献 标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ８— ３０ ２ ０ ） ２— ０ ５— ５ １０ ５ ０ （ ０ ８ ０ ０ ５ ０
Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｌｔｚ ｄ Ｌ ａ ｉ ｇ Ｓ ｓｅ Ｕｓｎ ｉ ｌ ｔ ｆＰ ｌ ｉｅ ｏ ｄ ｎ ｙ ｔ ｍ ｉ ｇ ＡＤＡＭ Ｓ ＆ ＡＮＳ ｏ ｅ ＹＳ
盘 进行 一次 平推 和一 次 翻转 来 实 现 的 ， 构件 的运 动 各 较 为 复杂 ， 自重 比较 大 ， 装卸 过程 中姿 态 也随 时间 变 在
１ 整 体 自装 卸 车 简介
整 体 自装 卸 车 是一 种 机 、 、 电 液一 体 化 的 系统 ， 主
要 用于 不采 用其 它起 重设 备 （ 吊车 ） 而 利 用 自身 系 如 ， 统 完成 系列 方舱 和具 有特 定接 口设 计 的设备 专用 平 台

・
２・
Ｉ 时 的传动 比； 档
一
煤
矿
机 电
２０ ０６年第４期
—
在ＡＡ Ｄ ＭＳ中 ， 面 是 由一 系 列 三 角 形 的平 面 路
单元 组 合成 的三 维 表 面 。原 理 图如 图 ３所示 ， 字 数
传 动 系 的效 率 ； 车轮 滚动 半径 ， ｍ；
一
１２３等 表示 节点 ， 些 节 点 的 ， 、、 这 ｙ坐标 要 满 足一 定 的规 律 ， ｚ坐标仅 仅表 示路 面 的宽度 ； 由这 些节 点 按一 定 的规律组 成 路 面单 元 ； 在 路 面 单 元 里设 置 再 静摩 擦 系数 和动摩擦 系数 ， 能模拟 真 实的路 面 。 就
０ ２Ｍ ａ 特性参数为 ： ．５ Ｐ ）
自由半径 Ｒ １ 胎冠半径 Ｒ ２
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２０ ０６年第 ４ 期
煤
矿
机 电
基于 Ａ Ａ Ｄ ＭＳ的装 载 机 动 力学 研 究
郭卫 ， 陈斌 ， 张传 伟 ， 赵拴峰
（ 西安科技大学 机械工程学院 ，陕西 西安 ７ ０５ ） １０４
摘
要 ： 本 文采用 多体 动力 学软件 Ａ Ａ Ｄ ＭＳ建 立装 载机模 型 ， 装载 机 的爬 坡 过程 进 行纵 向稳定 对
最小转弯半径
最大卸载高度 最小卸载距离 最大爬坡度
２ ５ ｍｍ ００
２ ０ ｍｍ ３０ ￣ ５ｍ ＞６０ ｍ ≥２ 。 ０
工作 系统额定压力 最大工作速度
最高时速
１ＭＰ ４ ａ ４８ｋ ／ ．９ ｍ ｈ
２ ．９ ｍ ｈ ４ ３ｋ ／ 图 １ 装载机虚拟样机
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２ 装载 机 的爬 坡 过程仿 真

ｆ ｍ １ＭＰ ０ Ｐ ，ｈ ｏ ｐ ｎ ｌｔ ｎｈｐｉ ｐｅｉ ｅ ｎ ｓｍａ ｄｂｔｅｎｔｅ ｏｋｍ ｃａｉ ｎ ｙｒｕ ｃ ｙ－ ｒ ６ ａｔ ２ Ｍ ａ） ｔｅ ｕ ｌ ｇｒ ａ ｏｓｉ ｓ ｒｄｃ ｄａｄｅｔ ｔ ｅ ｅ ｒ ｅｈｎｓ ａｄｈｄａｌ ｓ ｏ ｏ ｃ ｉ ｅ ｉ ｔ ｉ ｅ ｗ ｈｗ ｍ ｉｓ
从 而预测和估计其 系统压 力提升后 ， 工作装 置的机 构与液压 系统之 间的耦合 关 系。推 导 出在 水平插 入 工况 和收斗 ＂￣ Ｔ转斗缸 、 ｒＬ 动臂缸 油腔 压力与 外 负载 力的数 学模 型。研 究成果将 为装载机 实现液 压 系统 中高压
化提 供理论基础。
关键词 ： Ａ ； 载机 ； ＡＤ ＭＳ 装 液压 系统 ； 仿真
ｉ ｅ ｖ ｄ ｗ ｉｈ ｉ ｒ ｌ ｔ ｎ ｓ ｉ ｆ ｈ ｙｉ ｄ ｒ ｏｌｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｘｅ ａ ｏ ｄ ｆｒ ｅ ｉ ｈ ｏ ｚ ｎ ａ ｎ ｅ ｔ ｎ ｃ ｎ ｉ ｏ ｎ ｓ ｄ ｒ ｅ ｈ ｃ ｓ ｅａｉ ｈｐ ｏ ｅ ｃ ｌ ｅ ｓ ｉ ｒ ｓ ｕ ｅ ａ ｄ ｅ ｔ ｒ ｌ ｌ ａ ｏｃ ｎ ｔ ｅ ｈ ｒ ｏ ｔｌ ｉｓ ｒ ｏ ｏ ｄ ｔ ｎ ａ ｄ ｉ ｏ ｔ ｎ ｎ ｉ ｉ ｉ ｃ ｌ ｃｉ ｎ ｂ ｃ ｅ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏｌ ｔ ｕ ｋ ｔｃ ｎ ｉ ｏ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｆ ｃ ｅ ｕ ｔ ｌ ｐ ｏ ｉ ｅ ｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ａ ｅ ｆ ｒｉ ｃ ａ ｉ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｏ ｄ ｒ ｈ ｄ ａ ｌｃ ｅ ｏ ｉ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｒ ｓ ｌ ｗｉ ｒ ｖｄ ｈ ｈ ｏ ｅｉ ｌ ｂ ｏ ｎ ｒ ｓ ｎ ｒ ｓ ｕ ｏ ｌａ ｅ ｙ ｕ ｉ ｉ ｓ ｌ ｃ ｓ ｅ ｅ ｆ ｒ
（ ａｕｅ ｅｔｆＯ ａ ｚｏ ｕｉ ｒ ｉ ｅ Ｑ ａ ｚｏ ｕａ ３０ ０ Ｃ ｉ ） Ｍｅｓｒ ｎ ｏ ｕ ｎｈｕｉ Ｆｊ ｎｐｏ ｎ ， ｕ ｎｈｕＦｊ ｎ ６ ００， ｈｎ ｍ ｎ ａ ｖｃ ｉ ａ Ａｂｔａｔ Ｉ ｉ ｐ ｐｒ ｓ ｇＡ Ａ ｉ ｕａ ｅ ｏｍ ｎｅｏ ｌ ｄｒｈｄａｌ ｙｔｍ ｉ ｗ ｉ ｒｓ ｒ ｉ ｉｃｅｓｄ （ ｓｒｃ ： ｎｔ ｓ ａｅ ｉ Ｄ ＭＳｔ ｓ ｌ ｅｐ ｒ ｒ ａｃ ｆ ｏ ｅ ｙｒｕ ｃｓｓ ｈ ｈｐｅｓ ｅ ｓ ｎｒａｅ ｈ ｕｎ ｏ ｍ ｔ ｆ ａ ｉ ｅ ｎ ｃ ｕ

Ｋｅ ｏ ｄ ：ｌａ ｅ ｉ ｙｗ ｒ ｓ ｏ ｄ ｒ ｗｏ ｋｎ ｅ ｉ ｒ ｉｇ ｄ ｖｃ ｅ； ＡＤ ＡＭ Ｓ ｍｏ ｅｉｇ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ； ｄ ｌ ；ｏ ｔ ｎ ｍｉ ｉ ａｏ
作为一种主要工程机 械，轮式装 载机在 经济 建设 中发挥着重要 作用 ，其 制造成 本 的高低 、工 作性能的优劣直接 影响产 品的生产效率 、使 用寿 命，操纵性 能和经济性 。因此 ，采用 先进 的设计 方法对装载机工作装置进行 分析研究变得 日益重 要 。由于转 斗 油 缸 和 动 臂 油 缸 驱 动 力 的大 小 涉 及 到装载机发动机功 率的消耗及 制造成本 ，从 而关 系到装载机 的经济 性。因此 ，为 了提高装载 机 的 经济性 ，以驱动转 斗油缸和动 臂油缸所需 的力之 和最小为优化 目标 ，以铲斗举 升过程 中的平 移性 和传动角为约束条件对工作装 置进行优化研 究是 非常有意义 的。
ｔ ｈ ｄ ｌｏ ｉｔ ａ ｒ ｔ ｔ ｐ ． Ｔｈ ｅ ｕ ｔｓ ｏ ｈ ｔ ｎ ｅ ｈ ｒ ｍｉｅｏ ｕ ｒ ｎ ｅ ｉ ｈｅｂ ｃ ｅ ’ ｒ ｎ ｌｔ ｎ， ｏ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｆｖｒｕ ｌｐ ｏ ｏ ｙ ｅ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗｓ ｔ ａ ，ｕ ｄ ｒｔ ｅ ｐ ｅ ｓ ｆｇ ａ ａ ｔｅｎｇ ｔ ｕ ｋ ｔ Ｓ ｔａ ｓａｉ ｏ
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设计计算
Ｄ ＳＧ Ｅ ＩＮ＆ Ｃ Ｌ Ｕ Ａ ＩＮ Ａ Ｇ Ｌ ＴＯ
基于 Ａ Ａ Ｄ ＭＳ的装 载 机 工作 装 置优 化 设 计
申文清 ，王金 刚 ，石 维佳 ，郜二妙
（＋ 北工 业大学 １河 机械 学 院 ，天 津 ３ ０３ ；２ 河北 工程 大学 ０ １０ ． 机 电学 院 ，河北 邯郸 ０ ６２ ） ５０ １

４ ２确定 １ 变量。根据优化 目 标确定优化设
计 变 量 ， 用 Ａ ＡＭＳ 计 点 参 数 化 功 能将 Ｇ（ 利 Ｄ 设 Ｇ ｑ、（Ｆ） Ｅ ＢＢ ） （ｑ、 Ｄ、 （Ａ、 Ｈ Ｆ ｒ、 、（Ｂ、 Ｃ Ｄ ） Ａ ） Ｅ（ Ｃ Ａ Ｈ（ 和 Ｍ（ 点在工况 Ｉ ＭＭ） 时的 ｘ Ｙ坐标值等 ｌ Ｉｌ
纪 玉 新
基于 Ａ Ａ Ｄ ＭＳ的装载机工作装置机构优化仿真
（ 福建华橡 自控技术股份 有限公 司， 建 三明 ３５ ０ ） 福 ６ ５ ０
摘 要： 应用 Ａ Ａ ／ ｅ Ｄ ＭＳＶｉ ｗ模块提供的 Ｏ Ｔ Ｅ — Ｑ Ｐ Ｄ Ｓ Ｓ Ｐ优化算法 ， 对装载机 工作装置仿真优化 ， 到优化后的模型。 化后铲斗 的平移性大为改 得 优 善， 举升过程 中铲斗的收斗角由原来的 １．。 ６２ 降为 ６ 。自动放平性更好、 ．， ７ 卸载性也 大大改 变， 优化效果明显。 关键 词 ： Ｄ Ａ ＡＭＳ 装 载 机 ； 化仿 真 ； 优 １ 概述 ＡＡ Ｄ ＭＳ系列产 品的核心模块 之一。 表 １虚拟样机 中各传动角约束 优化 设计 （ ｔ ｌｄｓ ｎ 在 现 代计 算 机广 ｏ ｉ ｅｉ ） ｐ ｍａ ｇ是 ４工作装置的仿真优化 泛应用的基础上发展起来的—项新技术 ， 是根据最 ４ｌ 确定 目标 函数 。 目标 函数 是用来 使‘ 计” 设 优化原理和方法综合各方面的因素， 以人机配合方 优 化的函数， 是设 计所追求 目标 的函数 表 达式 。对 式 或“ 自动探 索” 方式 Ｉ 机械 设 计与 数学 规划 理 装载 机工作装 置进 行优化 时 ， 函数 的选择 有多 ｌ ｌ ， 把 目标 论及方法相结合 ， 借助电子计算机 ， 寻求最优设计 种方案， 文中选用在动臂举升过程中铲斗的平移性 方案和最佳设计参数。 化问题的类型按有无约束 最好作为目标函数 ，即在转斗油缸闭锁， 吡 动臂 由工 可分为有约束和无约束两大类。 在优化设计 问题的 况 Ⅱ 上升到工况Ⅲ的过程中根据优化目标： 寻求铲 数学模型式（… ３若 Ｉ ｖ ０， 。 ２ ３ ） １ ＝ 既无约束条件存 斗举升平动的最优方案。下面两种形式都可当作目 ， ＝ 在， 称这类问题为无约束优化没计问题 ， 否则称这 标 函数 Ｆ ， 即 类问题为有约束优ｔ 崮 十 匕 问题。 优化问题的类型按 （） ｍ ｎ ｌ＝ － ， ｘ ＝ ＿ ｑ一 ， ｌ， ｋ ｍ ｉ ２一 ｌ 目 函 、 标 数 约束函数的性质 ， 可以分为线性优化问 乳 （ ＝ ｆ （ —ｎ ） Ｊ ｘ） ’ ｎ 题 和非线 问题 。所 谓线 陛优化 问题 ， 就是 在 数学模型式０ ２ ３ ３ ｖ ） ． 、 均为设计变 — ～—） ｅ 、 ｈ 中， ｘ ｇ ） 式 中 ． 铲 斗从工 况 Ⅱ 升 到工 况 Ⅲ的过 广 举 量的线性函数； 否则，若其中有任— 为非线陛函 程中， 个瞬间位置的铲斗对地位置角。 ｋ 利用最，二 Ｊ ＼ 数时， 就称为非线性优化问题。若—个优化设计问 乘法原理来建立优化目标函数， 即用举升过程中铲 题既是有约束的， 又是非线 陛 ， 的 则称为非线性约 斗与水平面夹角的绝对值以及运输工况时铲斗与 束优化问题目 。 工程优化没计问题绝大多属于非线 水平面的收斗角之差的平方和的最小平均值作为 优化问题， 装载机工作装置就属于此类。 优化 目标 函数 ，利用主菜单 Ｂ ＩＤ中的 ＭＥ — ＵＬ Ａ ２ 用优化方法求解装载机工作装置优化设计 Ｓ ＲＥ选项 ， Ｕ 建立测量 Ｆ Ｃ Ｉ Ｎ ＭＥ 一 １测量 ｛ ＵＮ Ｔ Ｏ — Ａ ２ ， 。∞ ） 一 问题的—般步 骤 ： 的表 达 式 为 ： （ｍ 一 ３ ｑ （Ｂ Ａ ＡＲ — Ｉ ｔ ｅ７： Ｆ ｉ Ａ Ｓ ｆＺ Ｋ 景一 。 ２ 根据装载机工作装置的谢 — １ ｒ 要求，应用相 ＥＲ ４ ２ 一４ 妒 ＇． １ ＳＧＮ１ １． ｉｅ＊ ３ ） ０ ２ ０ （ Ｉ （ ９一ｔ ） ） ５ ＋ ，１ ｍ） 关专业的基啦哩论与 技术规范， 建立起工作装 （Ｂ ｚ Ａ Ｋ Ｒ ４ ２ 一 ０ ）， 后 确定 优 Ａ ｓ Ｒ Ｅ ＿ ３ ） ４妒 ２ 最 ） 图 ２ 优 化 后 转 斗 在 工 作 过程 中 的转 角 （ 斗 铲 置各种参数之间的相互关系， 并进行工作装置的运 化设计的 目标 函数为测量 Ｆ Ｎ ＴＯ — Ａ ２ Ｕ Ｃ Ｉ Ｎ ＭＥ 一 １ 斗 底 与 水 平 面 夹 角） 变化 曲 线 图 （ｏ ） ＦＦ 一 ３ ， Ｂ （Ｚ Ａ Ｋ Ｒ ４ ２－ ０） ｇａ ： （ｉ ７ ．（ Ｓ Ｒ Ｅ ＿ ３）４ ｄ １ Ｉ ｍｅ ０ Ａ Ａ ） 动学和动力学分析。 ｍｏｄｅｌ ｚ ５ Ｉ０ ２ ２在工作装置运动学与动力学分析的基础 ， Ｉ Ｉ Ｎ １ ｔ ） Ａ Ｓ ＡＺ ２ ５ （ ＳＧ （ 一ｉ ） （Ｂ （ ＡＲ — Ｏ ＋ ３ ｍｅ＊ Ｋ 上， 按照实际 要， 建立工作装置优化设计的 ＥＲ ４ ２ 一 ０ ） ２ 其 中 Ａ Ａ Ｋ Ｒ ４ ￣是举 ３） ４ｄ ， ） 木 ｚ Ｒ Ｅ ＿３ 数学模型 ， 包括优化设计变量、 目标函数和约束条 升过程中铲斗底部与水平面夹角的瞬时值， 也是利 ＵＬ Ａ ＵＲ 件， 并依据优化设计数学模型的特点， 选择优化算 用主菜单 Ｂ ＩＤ中的 ＭＥ Ｓ Ｅ选项建立的测

析 。籽 棉 装 载 机 基 本 结 构 （ 图 １所 示 ） 如 。 Ｂ 、 Ｂ 悬臂 与支 撑 臂铰 接 ， Ｄ 、 压 缸端 部 耳环 与悬 臂 铰 接 。Ｇ 、 在 Ｄ 液
Ｇ 为悬臂 １ 质心举升前后的变化 ： Ｇ Ｇ 、 ‘为悬臂 ２质心举升前后的 变化 ； 、 ‘为籽棉抓斗质心举升前后 的变化。 ＢＡ 为举升 ＧＧ ＡＡ ＣＣ 机 构举 升 前 的位 置 ， ， ＢＡ 为举 升 机举 升 后 的位 置 。 Ａ ＢＦＦ １３ 关键位置参数的确定 籽棉装载机有两个悬臂 ，共同承担籽 ． 棉抓斗与籽棉重量 ， 且对称分布。 根据具体 问题 ， 通过对其 中一悬臂进 行优化。确定坐标原点 ０后 ， 举升机构设计的关键 点为 Ａ Ｄ 根据作 图法或经验法确定 各个点的初始值 ， 然后进行优化。计算得到各点初
⑩ 根据 侧卸式 装岩机 操作 规程 ，允许用 侧卸 式装岩 机辅助 完 ⑩ 调整 系统工作压力时 ，要注意观察压力表的读 数 ， 若压 力不 成其 它工序 的施工 作业 ， 发挥一机 多功能的功效 。如工作面短距 离 对 ， 应松开安 全溢 流阀的锁定螺母 ， 并进行顺 时针或逆 时针调 整 ， 直 运送 支护 料 （ 泥背 板 、 水 木撑 、 钩及 接顶 用料等 ） 用铲 斗起 重重 到压力表达 到要 求的 １ Ｍｐ 拉 ； ４ ａ时为止 。正常工作 时 ， 必须将压力表关 物（ 不超 过 ４吨 ）将 铲 斗 举 起 当作 载 人 工 作 平 台 （ 此 时 多 路 阀 手 闭 死 ， ； 但 以免 冲 坏 压 力 表 。 柄 需有 专人 监护 ， 铲斗 必须 穿上保 险销 ， 机器 应停 电， 保液压 系 确 ⑩ 加液压油 时 ， 应先清洗加油 口， 再通过 １０目滤 网加油。油箱 Ｏ 统 完 好 ） 。 的油温若 超过 ６ ℃时 ， ５ 需停机冷却 ， 降温后再开机工作。 ⑥ 拖拉 电缆 人员注 意力要 高度集 中， 反应迅速快 ， 注意周围人员 ④ 装岩机行走坡度 不得超过 １ 。 。作业 中严禁用铲斗挖水沟。 ５ 及电缆状况 ， 发现不安全情况 ， 及时发警号停车 。 铲车运行要匀速、 平 现场严格执 行安全措 施 ， 保证 了安全生产 ， 为充分发挥设备先进 稳。 性 打 下 了坚 实 基 础 。

了产品的安全性和可靠性。该方法极大地缩短了设计周期，提高了产品的性能，具有重要的研究意义和工
程应用价值。
关键词：大型地下铲运机+动力学建模+仿真分析+ ADAMS
中图分类号：TP24 文献标识码：A
文章编号：1004-4051(2021)S1-0166-04
Dynamic simulation and experimental study of large underground shovel based on ADAMS
，即发动机所 1
型铲运机来说，利用桥下部
安装
布置副车架，可以 上部 ，
上部液力变
和其上安装的液压油泵及液压管路可以布置在
副车架的上方，这
铲运机结构布置紧凑，减
少
身长度，减少
过性能「2「4）。
转弯半径，改善
ADAMS过大，零件过多，所以将三维模型简化为前
后车体两部分，然后导入ADAMSO地下铲运机的
前 架的三维模型 过PRO/E建立并保存为
Abstract: In this paper,a large-scale underground LHD is taken as the research object, and a new product development of a large-scale underground LHD is completed based on proe three-dimensional design software)ThedynamicsimulationanalysisoftheperformanceofthedevelopedLHDiscarriedoutbyusing ADAMS dynamic simulation software , and the steering curve and braking distance curve of the LHD are obtained which verifies the accuracy of the model.After the optimization design the research and developmentarecompleted andtheperformancetestiscarriedout.Thetestresultsverifythesafetyand reliabilityoftheproduct.Themethodgreatlyshortensthedesigncycleandimprovestheperformanceofthe product whichhasimportantresearchsignificanceandengineeringapplicationvalue. Keywords: large underground LHD； dynamic modeling； simulation analysis； ADAMS

［ 摘要］采用虚拟样机分析软件 Ａ Ｄ Ａ ＭＳ对装载机工作装置的三维模 型添加 了运动副、 负载与驱 动力， 编写了运
动过程控制函数 ， 模拟 了工作装置在 工作 中的动作过程 ， 从 而得到 了各主要执行部件的位移 、 速度 、 加速度及受 力曲线图， 对各个执行部件 的运动变化情况进行 了分析 。
［ Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］Ｋ ｉ ｎ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｐ ａ ｉ ｒ ，ｌ ｏ ａ ｄ ａ ｎ ｄ ｄ ｒ ｉ ｖ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｄ ｄ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｂ ｙ ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ
ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｙ ｐ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｍｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｉ ｌ ｅ ｄ ，ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｅ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ，ａ ｎ ｄ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｄ ｉ ｓ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ，ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｉ ｍａ ｒ ｙ ｅ ｘ ｅ ｃ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕ ｎ ｉ ｔ ａ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｕ ｓ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ

4） 铲斗边板的 6 种典型工况的分析结果显 示，所受最大应力为 57. 26 MPa，远小于材料许用 应力，可进行结构改进优化。
5） 挂耳板和斗耳板在垂直偏载、水平垂直正 载和水平垂直偏载工况下应力过大，需进行结构 加强。
6） 铲斗在水平正载和偏载工况下，整体结构 所受应力较小； 垂直正载和偏载工况下，铲斗的 斗耳板与墙板所受应力较大，已超过材料许用应 力； 水平与垂直正载和偏载工况下，挂耳板、斗 耳板和墙板应力均已超过材料许用应力，可依据 分析结果进行结构改进。
1 铲斗模型的建立
铲斗 属 于 结 构 件 类 零 件， 主 要 由 主 刀 板、 副 刀板、 底 板、 边 板、 侧 刃 板、 墙 板、 挂 耳 板、 斗
壁板、斗耳板和斗齿等主要配件组成。根据装载 机铲斗 结 构 特 点 和 工 作 特 性， 在 保 证 其 插 入 力、 掘起力等力学性能不变的情况下，对铲斗结构进 行适当简化，去除结构中的部分辅助件，建立的 铲斗三维模型如图 1。
0 引言
装载机是一种用途较为广泛的工程机械设备， 主要 应 用 于 矿 山、 建 筑、 公 路、 铁 路、 水 电 等 建 设工程。装载机铲斗是装载机主要的工作装置 ［1］， 用于实现物 料 的 切 削、 承 装、 运 输 和 卸 载， 是 整 机工作性能的重要指标。由于装载机工作条件恶 劣，在铲斗使用过程中，经常会出现焊接开裂的 问题，同时铲斗与物料频繁接触，造成严重的磨 损，为保证工作完整可靠，要求铲斗设计具备足 够的强度、刚度和耐磨性。本文基于某 5 t 轮式装 载机铲斗，在 6 种典型工况下，对其进行有限元刚 度和强度分析，为装载机铲斗的结构优化提供了理 论依据。
3 小结
本文对某 5 t 装载机铲斗进行有限元仿真，对 于确定铲斗结构的不合理之处、进一步优化结构、 去除冗余等具有重要指导作用。由于铲斗为焊接 结构，通过对比分析结果数据可知，铲斗多处焊 接部位均需加强，焊接工艺的好坏决定了铲斗的 结构性能和装载机的工作性能。因此，焊接技术 的提高、一次成型技术的应用等相关技术领域的 进步，将为铲斗及其他工程机械零部件和产品提 供重要的技术保证。同时，计算机仿真技术的发 展与应用，为探索机械结构缺陷、预测结构性能、 提高结构设计质量、解决复杂结构存在的问题等， 提供了便利的手段。

科 技论 坛 ｌｌ ｌ
万燕波 郭 小 宏
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基于 Ａ Ａ Ｄ ＭＳ装载机工作装置性能分析
（ 重庆交通 大学 机 电与汽车工程学院 ， 重庆 ４０ ７ ） ０ ０ ４
摘 要 ： 用现代 Ｃ Ｅ软件 Ｕ Ａ ＡＭＳ对轮式装载机工作装置进行运动 学及动 力学研 究。 出工作 装置作 业过程 中各构件 负载和相对位 置 利 Ａ Ｇ、 Ｄ 得 关系的函数 曲线并进行分析。分析 结果 为工作装置设计提供依据 ， 用性强。 适 关键词： 装载机 ； 工作装置； Ｇ； Ｄ ＭＳ 作 业仿真 Ｕ ＡＡ ； 引言 机工作装置约束和载荷分 析。装载机工作装置 １ ． ４仿真过程的控 制。装载机工作装置的 装 载机工作装 置是带 液压缸 的空 间多杆 的典 型工作过程包括插入 、 铲装 、 重载运输 、 卸 典型工作过程可以分 为以下 ４ 个阶段：１ ． 转 ．１ ４ 机构 ， 主要完成装卸工作 。 工作装置是组成装载 载和空载运输。 动臂缸 闭锁 ， 收斗 ， 物料的铲 铲斗 实现 本文不考虑运输工况 。 工作装置 斗缸伸长， 机 的关键部位之一 ， 其设计水平的高低直接影 在进行铲掘作业 中的作业 阻力主要是 ：铲斗插 装 ；． ２ １ ． 转斗缸 闭锁 ， ４ 动臂缸伸长 ， 动臂上举， 实 响装载机的工作性 能、 工作效率及性能指标 。 因 入料堆时的插入力 ； 提升动臂时的铲起力 ； 翻起 现物料的举升 ；． ３ １ － 转斗缸收缩， ４ 动臂缸 闭锁 ， 此工作装置的分 析研究意义重大。 转斗时的转斗阻力矩 。本文考虑的工况是铲 斗 铲斗翻转， 实现物料的卸载 ； ．４ １ ． 转斗缸 闭锁 ， ４ Ｍ ＣＡ Ａ Ｓ 目 Ｓ ．Ｄ Ｍ 是 前应用最广 泛的仿 真软 插人运动的同时， 又配合铲斗的翻转运动 ， 么 动臂缸收缩， 那 动臂下降， 自动放平， 铲斗 自动进入 件， 它使 用交 互式图形环境和零件库 、 约束库 、 阻力为插入力和转斗阻力矩。将转斗 阻力矩转 下一次铲 掘状态 。可以用 Ａ ＭＳ Ｓ Ｌ Ｅ ， 其 换成铲取 阻力 ，因此这里工作装 置所受 的载荷 令流来 实现装载机工作装置动力学仿真过程 的 求解器采用 多刚体系统动力学理论 中的拉格 郎 有插入阻力 ｎ 、 ｎ 铲取 阻力 Ｆｈ 物料重力 和 控制。 ｓ、 对应于工作过程 的 ４个阶段， 仿真过程 的 日 方程方法 ， 建立系统动力学方程， 对虚拟机械 自身的重力。最大插入阻力 Ｆ 受 限于最大牵 控 制也分 ４个阶段进行。 ｉ ｎ 在仿真过程的每个 阶 系统进行静力学 、 运动学和动力 学分析 、 出位 引力， 输 可用下式计算 ： 段， 模型 的动作 由加在构件上 的传感器（ ｎｏ Ｓ ｓ） ｅ ｒ 移、 速度、 加速度和反作用力曲线 。 Ｓ ．Ｄ Ｍ Ｍ ＣＡ Ａ Ｓ 来 限制， 以保证动作准确到位 。 软件的仿真可用于预测机械系统 的性能 、运动 ２数据分析 范围 、 碰撞检测 、 峰值载荷以及计算有限元 的输 ２１ ． 作业载荷分析。 装载机作业 时， 铲斗的 入载荷等 。 式 中 插入和铲装是顺序进行 的 （ 不考虑联合铲装工 １装载机工作装置虚拟样机运动仿真 Ｍ一变矩器涡轮输 出力矩 ； 况） ，插入阻力和铲取 阻力依次达到最大值 ， 物 １ 三维几何 模型 的创建 。Ｍ ＣＡ Ａ Ｓ ． １ Ｓ ．Ｄ Ｍ ／ ｉ 变矩器涡轮至轮边的传动 比 ； 一 料重力则在铲取开始阶段达到最大值 ，各构件 Ｖｅ 虽然 功能强 大，但造型功 能相 对薄弱 ， ｉ ｗ 难 传动效率 ； 的自 重则不发生变化。模 拟仿真时使用系统提 以用它创建具有复杂特征的零件 ，创建类似装 Ｒ一 ｆ 轮胎动力半径。 供的ｓｐ ｔ 函数代表 、 和 ，三个力随时间 ｅ 载机工作装置这样复杂的机构是不现实的 。因 最大铲取阻力 可用铲取 时最大转斗阻 的变化情况。 仿真一个作业循环 ， 得到动臂缸和 此 ，我们用 Ｕ Ｇ创建模型 ，然后将模 型传送给 力矩换算取得。最 大转斗 阻力矩发生在开始转 铲斗缸在 作业 过程 中的受力情 况如 图 ３所示 ， ＭＳ ． Ａ ＣＡＤ ＭＳ进行分析。 斗 的一瞬 间，其值可用下列公式计算 ：如图 ２ 负载在开始铲掘时同时达到最大 ，并随着铲斗 （ 插入深度的增加 而增大 ， 之后动臂缸重载举 升 ， １ ． ２三维几何模 型的导入 。 本文将 Ｕ Ｇ环境 所 示 ） 下的装载机工作装 置实体数据模 型以 Ａ ＡＭＳ Ｄ ａ ． 转斗时静阻力矩的确定 。 在开始翻斗时 ， 受力随着信 力比的减小而增大 ，最后 随着卸载 能 较好识 别 的 ｐ ｒｓｌ ａａｏｉ ｄ格式 导 出 ，其 导人 步 需要克服的阻力矩 Ｍ 是最大静阻力矩 （ 或称铲 减小到最小值 。作业过程 中动臂缸和铲 斗缸 在 骤： ①在 Ａ Ａ Ｓ Ｆ ｅ Ｉ ｐｒ对话框 中选择 斗初始静阻力矩 ） Ｄ Ｍ 的 ｉ ｏ ｌ ｍ ｔ ，它与插入阻力 之 间有 下 的受力情况 如图 ４所示 。 ｐ ｒｓｌ （ 一ｍ＿ｘ ＊ｍ ｉ 文 件类 型 ， 入文 面的函数关 系： ａａｏｉ ＊ｘ ｔｔｔ ｘ ｔｂｎ） ｄ ． 输 ｆ １ １ 件 的路径和零件名 。在 Ｐ ｒ Ｎ ｍ 框 中单击右 ａｔ ａ ｅ ．，ｏ Ｘ一 ￡ｌ ＋ Ｉ Ｉ ． ４ ｍ 键选择 Ｃ ｅｔ， ｒ ｅ 并在 弹出的对话框 中修 改 Ｐｒ Ｍ ＝１Ｆ ｌ （ 寺 ） ｙ ａ ａ ｔ Ｎｍ 项 ， ａ ｅ 连续单击 ０ 即可导入 部件 ； 导人 ｋ ② Ｉ 斗插入料堆的最大深度 文 件后 ，双击 部件 弹 出” ｏ ｉ ｉ ｄ ｏ ｙ对 Ｍ ｄｆ Ｒ ｇ ｂ ｄ ” ｙ ｉ 斗回转 中心 ０与斗刃的水平距 离 话框 ，在 Ｄｅ ｎ ｓ ｙ ｔ ｆ ｅ Ｍａｓ Ｂ 栏选择 Ｇ ｏ ｔ ｎ ｅｍｅｒ ａｄ ｙ Ｙ 一铲 斗回转 中心 ０与地面的垂直距 离 Ｍａｅ ａ Ｔ ｐ 在 Ｍａｅ ａ Ｔ ｐ ｔ ｌ ｙｅ ｉ ｒ ｔｒ ｌ ｙｅ文 本 框 选 择 ． ｉ Ｍ ｔ ａ ｓ ｅ 单击 Ａ ｐ 完成质量 、转动惯量 、 ａ ｒ １ｔ ｌ ｅ ．ｅ ｉ ｐｌ ｙ