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1、SHANDONG毕业论文基于ADAMS的装载机工作装置仿真分析学 院： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 20 年 月中文摘要装载机作为一种矿山机械，有着广泛的应用，由于其工作的特殊性，对其工作装置也有着较高的要求。因此，装载机工作装置的好坏直接影响到劳动生产效率，同时，装载机工作装置又是装载机的核心机构，因此装载机工作装置的设计制造水平直接影响到整机的性能。利用ADAMS对装载机工作装置进行仿真分析不同于传统的分析方法，借助于虚拟样机技术，可以较为方便的建模，并可以实现在给定的条件下的运动，缩短了产品的开发周期，节省了开发费用，充分发挥设计潜力。并且能够在设计、仿真过程中发现错误，
2、从而进行完善，提高了产品质量，有效的避免了传统开发模式的缺陷，使得各项指标都达到理想的预期结果。关键词：装载机；工作装置；仿真分析；ADAMSAbstract Loader has been widely applied as a mining machinery, because of the particularity of its work, the work also has a higher demand device. Loader working device is good or bad a direct impact on labor productivity, at the
3、 same time, the core institutions of the loader working device loader, loader working device design and manufacture of a direct impact on the overall performance. Loader working device using ADAMS simulation analysis different from the traditional analysis methods, by means of virtual prototyping te
4、chnology can be more convenient for modeling, and movement in the given conditions, and shorten the product development cycle, saving development costs, give full play to the design potential. And the ability to find errors in the design, simulation process to be refined, improved product quality an
5、d effective to avoid the shortcomings of the traditional development mode, the indicators have reached the expected results of the ideal.Key words: Loaders; work device; simulation analysis; ADAMS目录中文摘要IAbstractII第一章 引言- 1 -1.1 课题的背景和意义- 1 -1.2 装载机国内外发展状况和发展趋势- 1 -1.2.1 装载机国内外发展状况- 1 -1.2.2 装载机发展趋势-
6、 2 -1.3 本课题的主要内容- 2 -第二章 装载机工作装置概述- 3 -2.1 装载机工作装置简介- 3 -2.1.1 装载机工作装置的基本概念- 3 -2.1.2 装载机铲掘方法介绍- 4 -2 .2 装载机典型工况的实现- 4 -第三章 装载机工作装置总体参数的确定及受力分析- 6 -3.1 装载机工作装置总体参数内容- 6 -3.2 ZL50装载机工作装置的静力学分析- 7 -3.3 油缸受力的确定- 11 -第四章 装载机工作装置的建模- 13 -4.1 Pro/e 三维模型的建立过程概述- 13 -4.2 ADAMS 模型的建立- 14 -4.2.1 ADAMS软件简介- 14
7、 -4.2.2 Pro/e 模型导入ADAMS- 15 -4.2.3 导入的模型的布尔操作- 15 -4.3 模型的约束的确定- 16 -4.3.1 约束的概述和分类- 16 -4.3.2 定义机构的运动- 19 -4.4 模型载荷的确定- 21 -第五章 装载机工作装置仿真结果及分析- 23 -5.1 装载机工作装置的运动仿真- 23 -5.2 装载机工作装置总体参数的仿真分析- 23 -5.3 装载机工作装置的动力学仿真分析- 25 -5.3.1 装载机工作装置所受阻力的变化- 25 -5.3.2 对称载荷下两个典型工况仿真校核- 27 -5.4 装载机工作装置各点运动轨迹的仿真分析- 2
8、8 -第六章 总结与展望- 29 -6.1 课题总结- 29 -6.2 展望- 29 -参考文献- 31 -致谢- 32-第一章 引言1.1 课题的背景和意义装载机在现代化机械行业中起着非常重要的作用， 在各个领域中都都得到了广泛的应用，如矿山工程、水利工程、交通运输等。装载机的广泛应用，提高了劳动生产效率，但随着产品市场的激烈竞争，缩短产品的开发周期就显得尤为重要。在这种形势下，仿真分析就显得尤为重要。虚拟样机技术的发展，避免了传统的开发模式的缺点，更符合现代化的发展要求，提高了企业的生产效率，降低了开发存在的风险，是一种全新的、适应市场发展的全新的开发模式。装载机的工作装置是装载机的核心部
9、件，主要由铲斗、动臂、摇臂、转斗油缸和动臂油缸组成，是一个空间多连杆机构,现在多为反转六杆机构。其主要工作工况有插入、翻转、举升、卸载和放平，从而实现对物料的转移。装载机工作装置设计水平的好坏直接可以影响到装载机的整机性能。传统的开发模式存在许多缺点，诸如开发周期长、出现的错误不易发现、精度低、开发费用高等，不易获得各项满意的方案。ADAMS是虚拟样机技术中代表性的软件，其主要进行运动学和动力学分析，借助于虚拟样机技术，利用ADAMS对装载机工作装置进行仿真分析可以在各种方案中选择出最具价值的方案，得到最大的目标函数，使装载机的各项性能最优化，从而缩短开发周期，节省开发费用，加快了产品的循环周
10、期。虚拟样机的应用主要步骤都可以通过计算机来进行，整个计算过程十分规范和简单，可以省去大量的人工计算和实验，非常省时省力。因此。利用ADAMS进行仿真分析研究意义重大。 1.2 装载机国内外发展状况和发展趋势 1.2.1 装载机国内外发展状况目前我国的装载机行业发展势头良好，国内出现了很多大型的装载机生产厂家，诸如厦工、临工、徐工、常工等。据统计，国内生产装载机的厂家近90多家，竞争相当激烈，因此各装载机生产厂家更加注重装载机的质量及性能和更加注重售后服务等。虽然我国装载机发展空间良好，但是与国外的装载机仍有一定的差距，主要体现在装载机的整体性能和新技术等方面。主要原因是由于我国装载机发展起步
11、较晚，在装载机的各项指标上都达不到国外标准，与国外相比较都有较大的差距。同时，我国的装载机行业在品种和机型领域都存在相当多的空白，现有的装载机产品缺少新技术和创新性。但最近几年，我国装载机行业正逐渐重视技术的应用和使技术朝着独有性方向发展。总之，国内装载机行业也逐渐缩短与国外装载机的差距。1.2.2 装载机发展趋势 不论是国内还是国外的装载机，最近几年呈现出了朝着更注重整体性能协调性的方向发展，电子技术在装载机上的应用越来越广泛，各种电子设备在装载机上也得到了应用，更加注重舒适性、整体操纵性等，使装载机也朝着微型化方向发展。从销量上看，呈现稳步向前发展的趋势，装载机的价位上也有所回落，朝着经济
12、实用型过度。而各种新技术也逐渐得到普及，比如涡轮增压、电液控制、双泵论液力变矩器的应用等。安全性、元件制造质量都得到提升，型号朝着更加多样化的方向发展，满足不同客户的需求。1.3 本课题的主要内容 本课题是针对ZL50型装载机工作装置进行仿真分析。仿真分析在实际生产过程中有重要的意义，能够有效地提高企业的竞争力。本课题利用Pro/e软件进行三维模型的建模，以ADAMS软件为平台，对装载机工作装置进行仿真分析，对装载机工作装置的收斗、举升、卸载和放平等工作过程进行运动模拟，并进行分析。 本课题具体的工作内容如下：(1)首先利用Pro/e对装载机工作装置进行建模，包括对各个零件的建模和最装的装配。
13、(2)将建好的三维模型导入到ADAMS/View模块中。(3)导入后进行布尔运算。即将焊接、螺栓固定的零件进行一体化处理，生成一个实体部件。(4)对布尔运算后的模型添加约束和驱动。其中添加的约束主要有移动副和转动副，并根据相关标准编写step函数，以实现装载机工作装置在给定的条件下的运动。(5)根据装载机工作装置实际过程中受到的力，进行添加载荷的操作。(6)运用后处理模块进行分析处理。第二章 装载机工作装置概述2.1 装载机工作装置简介2.1.1 装载机工作装置的基本概念装载机工作装置通常由铲斗、动臂、摇臂、连杆以及转斗油缸和动臂油缸组成，是一个多连杆的机构。铲斗的主要作用是装载物料，铲斗上有
14、三个铰点，其中两个与动臂相连，对称分布；一个在铲斗的斗宽中点处，与连杆连接。动臂一端与铲斗连接，另一端与前车架连接，另外，转斗油缸和动臂油缸都有一端与动臂连接，转斗油缸的另一端连接摇臂，摇臂再与连杆相连；而动臂油缸的另一端与前车架相连。油缸使装载机工作装置的控制元件，油缸的运动带动工作装置运动，完成一系列的工作过程。1-转斗油缸；2-摇臂；3-动臂；4-铲斗；5-斗齿；6-动臂油缸 图2-1 ZL50装载机工作装置装载机工作装置在实际工作时，由于其工作场合的特殊性，装载机工作装置所受到的力会受力较大，在装载的过程中，随着装载方法的不同装载机会受到受拉压、扭转与振动冲击等多种载荷的综合作用。因此
15、，工作装置要满足安全性、寿命、强度、刚度等各项指标的要求。对于其整机性能，也有相关的国家标准和行业标准，ZL50装载机额定载荷为5000Kg,按照行业标准，要保证其卸载角大于45，卸载高度大于2900mm等。一般来说，油缸为标准件，动臂缸和转斗缸控制工作装置的动作，也要满足相关要求。装载机的工作装置是装载机的核心部件，由于装载机主要用于矿山工程中，因此装载机的工作装置有着较大的强度和刚度，能够在恶劣的条件下工作，达到工作要求。由于在工作时，其工作装置受到的载荷也较大，因此要要求具有一定的疲劳寿命。 2.1.2 装载机铲掘方法介绍铲斗在铲入过程中，通常通过物料的性质、多少及插入料堆的可能性来确定
16、装载机铲掘物料的方法：（1）一次铲掘法 该方法相当于把铲掘过程分段化，首先装载机低速前进，使铲斗斗刃插入料堆一定深度后（插入深度约为斗底长度），装载机停止前进；然后利用转斗油缸的运动操纵铲斗上翻。（2）分段铲掘法 这种方法主要用于难以铲入的料堆，但这种方法主要的缺点是需要装载机的操纵机构多次重复动作，因而操作比较麻烦，两件破坏也较快，降低了生产效率。（3）挖掘法 铲斗插入料堆约一半长度时，动臂加以提升，在斗刃离开料堆后，铲斗转运至运输位置。（4）配合铲掘法 这种方法不需要太大的插入力，在插入的同时同时配合铲斗的翻转及动臂的提升。 2 .2 装载机典型工况的实现ZL50轮式装载机的工作过程主要有
17、6种工况组成：（1） 插入工况 装载机处于该工况时，动臂放下，铲斗斗底平面水平，斗尖稍微触地，装载机以I档前进，使铲斗缓缓插入料堆；（2） 収斗工况 装载机产取物料后，颤抖通过转斗油缸使铲斗翻转；（3） 举升工况 此工况转斗油缸不活动，动臂油缸向外移动，使铲斗缓缓上升至所需高度；（4） 运输工况 铲斗举升到所需高度后，驱动机器运动到卸载地点；（5） 卸载工况 在卸载地点，调整转斗油缸，使铲斗翻转，使货物卸下；（6） 放平工况 卸载后，装载机工作装置需放平到装载点，通过调整动臂油缸实现。本论文选取了五个工况进行仿真分析，选取的五个工况为：插入工况、収斗工况、举升工况、卸载工况和放平工况。装载机典
18、型工况可以通过控制step函数来确定，同时应遵循中华人民共和国机械行业标准，ZL50轮式装载机基本参数查阅得：卸载高度大于等于2.9m，卸载距离大于等于1.05m，卸载角大于等于45，铲斗提升时间小于等于7s。由于定义的step函数需要初始变量为时间和速度，首先要确定转斗油缸和动臂油缸的极限速度，查阅资料得ZL50型号油缸类型为：动臂举升油缸的型号为DGJ180EL ，行程为654mm，缸径为17.2cm。转斗油缸的型号为DG-J220B-EL,其行程为840mm，D=22cm。在定义函数时，油缸在各个工况的运动行程要保持在上述范围之内。同时，产月相关资料，装载机油缸堵塞油压为中高压，约为30
19、MPa，再根据油缸的缸径可算出油缸所能承受的力，油缸在工作过程中收到的力也不应超过此值。第三章 装载机工作装置总体参数的确定及受力分析3.1 装载机工作装置总体参数内容ZL50装载机总体参数包括：装载机额定载重量、最大卸载高度及对应的卸载距离、掘起力、牵引力、铲斗容量、卸载角、动臂提升时间、总和时间等。（1）铲斗容量铲斗容量通常是说铲斗的额定容量，为铲斗平装容量与堆尖部分体积之和，用“m”来表示，对于ZL50装载机而言，铲斗容量为3 m。（2）额定载重量指在保证装载机稳定工作的前提下，铲斗的最大载重量，单位为“Kg”，ZL50装载机的额定载荷为5000Kg。（3）发动机额定功率发动机额定功率，
20、即发动机总功率，时装载机性能好坏的重要的影响参数。发动机功率分为有效功率与总功率，有效功率是指在29和746mmHg(1mmHg=133.322Pa)压力的情况下，在发动机飞轮上实有的功率（亦称飞轮功率）。国产装载机所标的功率一般指总功率，即包括发动机有效功率和风扇，燃油泵，润滑油泵，滤清器等辅助设备所消耗的功率。单位为“Kw”，对于ZL50装载机，额定功率为162KW。（4）整机质量（工作质量）指装载机装备应有的工作装置和随机工具，加足燃油，润滑系统，液压系统和冷却系统亦加足液体，并且带有规定形式和尺寸的空载铲斗和司机标定质量（75 Kg 3 Kg）时的主机质量。它影响到装载机使用的经济性，
21、可靠性和附着性能，单位为“Kg”，ZL50装载机的整机质量为17400Kg。（5）最大行驶速度指铲斗空载，装载机行驶在坚硬的水平面上，前进和后退各档都达到的最大速度，它影响装载机的生产率和安排施工方案。单位为“Km/h”，,Zl50的最大行驶速度为38 Km/h。（6）最小转弯半径指自轮胎中心或后轮外侧或铲斗外侧所构成的弧线至回转中心的距离，单位为“mm”。（7）最大牵引力指装载机驱动轮缘上所产生的推动车轮前进的作用力，单位为“kN”。（8）最大掘起力指铲斗切削刃的底面水平并高于底部基准平面20mm时，操纵提升液压缸或转斗液压缸在铲斗切削刃最前面一点向后100mm处产生的最大向上铅垂力，单位为
22、“kN”。（9）最大卸载高度指动臂处于最高位置，铲斗卸载角为45时，从地面到切削刃最低点之间的垂直距离，单位为“mm”。（10）卸载距离一般指在最大卸载高度时，从装载机本体最前面的一点（包括轮胎和车架）到斗刃的水平距离，单位为“mm”。（11）装载机工作装置总和时间通常指工作装置的铲斗提升，下降，卸载三项时间的总和，单位为“s”。以上参数提现了装载机整机的性能，是整机性能好坏的标志。查阅相关标准，在铲斗举升工况，为使铲斗在举升过程中不会由于转动而将物料撒落，所以要求铲斗的转角变化不大于15；在铲斗放平工况，铲斗从高位卸载下落到插入状态保持转斗油缸长度不变，铲斗与地面的夹角要求不大于10，这样可
23、以快速地进入下一工况中；同时，为确保在最高举升工况时物料能够卸载干净，铲斗在处于最大举升位置时，最大卸载角要大于等于45，卸载高度要大于等于2.9m。3.2 ZL50装载机工作装置的静力学分析装载机在工作过程中，其工作环境一般较为恶劣，受力也比较复杂。铲取的物料的重力一般较大，因此装载机铲斗在铲取货物或者举升货物时，铲斗需要克服各种阻力，包括铲斗与物料的摩擦力、铲取时物料对铲斗的阻力及动臂提升时的崛起阻力等。通常称这些力为作业阻力，在分析问题的过程中，通常将这些里的作用位置建华在斗刃上，并且形成两个集中的力：插入阻力和崛起阻力。 装载机在实际的工作过程中，所受的力是非常复杂的，为了分析问题的方
24、便，可大致分为两类载荷：对称载荷和偏心载荷，受对称在载荷时，作用力作用在铲斗的中点处；受到偏心载荷时，通常将载荷简化最外侧第一个铲斗齿的中点处。本论文所讨论的是在对称载荷作用下的受力分析,装载机各部件的受力间隙如图所示：图3-1 装载机工作装置各部件受力分析简图装载机在铲掘的过程中，我们通常用以下三种情况进行分类：（1）装载机沿水平方向前进，水平插入料堆，这时可以认为只受到插入阻力的作用。（2）装载机铲入到一定深度后，铲斗通过转斗油缸的运动要进行翻转，在翻转的过程中，铲斗受到垂直崛起阻力的作用。（3）装载机有时边插入边翻斗，此时则同时受到水平插入阻力和垂直崛起阻力的作用。上述三种情形都可以受到
25、对称载荷或者偏心载荷，将二者结合，就可以得到六种不同的工况，受力的简图如图3-2所示。 (a) 水平对称工况 (b) 垂直对称工况 (c) 水平垂直对称同时作用工况 (d)水平偏载工况 (e)垂直偏载工况 (c) 水平垂直偏载同时作用工况 图3-2 外载荷作用下工作装置受力对于ZL50装载机而言，工作过程中受到工作阻力主要是插入阻力和崛起阻力和转都阻力，不同的铲掘物料的方法，以上几种力的组合方式也有所不同，受力状况要视具体情况而定。实际的工作过程中，阻力的计算长按以下经验公式估算：（1） 插入阻力 通常为了计算方便，按下列经验公式来计算总的插入阻力：= 公式(3-1)式中 ： 查取有关文献，结
26、合老师建议，求解得 插入阻力=140 KN（2） 崛起阻力 通常铲斗准备上翻时的崛起阻力按下式计算：= 公式(3-2) 式中 ： 查取有关文献，结合老师建议，求解得 崛起阻力 =73.3 KN（3） 转斗阻力矩 转斗阻力矩可按下式求解： = 公式（3-3） 式中 ： 其中 公式（3-4）式中 ： 上式中的重力力矩通常按下式计算： 公式（3-5）式中 ： 综上所述三种阻力，不一定在实际工作过程中的存在，而是随着采掘方法的不同而不同，存在一种或者几种。作业方式为一次铲掘法铲掘法时，在铲斗插入料堆时，只存在插入阻力；当铲斗插入运动停止后，在铲斗上翻转时，则只受到翻转阻力矩的作用；当采用挖掘法铲掘物料
27、时，则会同时受到插入阻力和崛起阻力的作用；当采用配合法铲掘时，则转斗阻力和插入阻力同时存在。本文在分析时，采用一次铲掘法考虑,并选用对称载荷。3.3 油缸受力的确定 装载机各个工况的实现主要靠油缸的伸张和收缩来实现，因此油缸的受力情况就显得非常重要。通常将油缸的受力分为主动作用力和被动作用力。总体来说，当油缸主动运动而使机构运动时，油缸受到的力为主动作用力；当油缸闭锁不动时，油缸所受到的力称为被动作用力。ZL50装载机的转斗油缸和动臂油缸通常不一起动作，转斗油缸和动臂油缸交替受到主动作用力和被动作用力的作用。 (1)油缸水平插入工况作用力的确定装载机的铲掘物料时，要求转斗油缸作用力足以使铲斗在
28、铲掘位置水平前进以铲掘物料，装载机后此时运动缓慢，转斗油缸作用力即以此平衡条件作为计算位置。根据装载机最大插入力力公式:= 公式（3-6）上节求得：=73.3KN当铲斗铲取物料时，随着铲入深度的增加，当插入到极限位置时受力分析如图所示：图3-3 转斗油缸受力分析图 上图所示尺寸，可由CAD图纸得到，为额定载荷，为铲斗的重量，为工作装置的重量。则根据上图取下列数值：将装载机工作装置作为一个整体，都静力学平衡得：转斗油缸所受的力：=181.6KN动臂油缸(两个)所受的力：=1109.4KN（2）铲斗处于最高位置举升工况作用力的确定 在该位置时受力分析如图所示：图3-4 最大举升位置时油缸受力图 分
29、析方法类似上图，求得：转斗油缸所受的力：=97.3KN动臂油缸(两个)所受的力：=611.4KN第四章 装载机工作装置的建模4.1 Pro/e 三维模型的建立过程概述Pro/e 三维模型是装载机工作装置的模型的一部分。对于装载机工作装置的建模，大体可按如下流程图进行： Pro/e建模工作装置的实体模型导入ADAMS软件中进行仿真分析模型简化分析处理得出结果后处理施加约束图4-1 工作装置建模过程流程图在三维建模过程中，将各个零件分类，有铲斗、摇臂、动臂和连杆，各部件模型图如下图所示： （a）铲斗 （b）动臂 （c）连杆 （d）摇臂图4-2 各部件三维模型图最后得到的装配图如图43所示：图4-3
30、 装载机工作装置三维图4.2 ADAMS 模型的建立4.2.1 ADAMS软件简介 ADAMS是一款表现出色的动力学和运动学仿真软件，具有强大的仿真分析功能。通过大量的工程应用和实践，ADAMS表现除了其特有的优点，在机械行业应用广泛。ADAMS分为很多模块，例如ADAMS/View模块、ADAMS/Car模块、Adams / PostProcessor模块等。本文在分析装载机工作装置时，主要应用到了ADAMS/View模块、ADAMS / PostProcessor模块。ADAMS软件的优点在于它可以在给定的环境变量中模拟物体的各个量，比如说力的大小、运动轨迹、铰接点的受力等等。有了上述仿真
31、的结果，就可以帮助设计人员在不用制造出整机的前提下了解样品质量的好坏，从而帮助他们加以改进，节省研发费用和研发时间。4.2.2 Pro/e 模型导入ADAMS本章第一节中介绍了三维模型的建模方法，在三维模型建立好之后，接下的任务是将Pro/e模型导入ADAMS。将Pro/e 建好的模型模型导入到ADAMS有很多方法，但首先得确保Pro/e中建立的模型的单位制和ADAMS的单位制是相符合的，否则无法进行模型导入，本论文导入的方法是：（1）先将三维模型在Pro/e中打开，保存副本，保存成.x_t 格式。打开ADAMS/View模块，选择import a file.（2）在File Type栏选择输
32、入的文件格式类型，后缀为.x_t格式。（3）在File To Read右边的空框内输入文件名，方法为：鼠标放在空框内，点击右键，选择browse,打开文件浏览对话框，找到已保存的后缀为.x_t格式的文件，双击即可。（4）在model Name栏，输入ADAMS数据库名。（5）选择OK按钮，即可导入ADAMS中。 模型导入ADAMS后，其各部件的物理特征丢失，只保留了几何特性，所以，为了进行系统仿真，需要对每一个零部件添加材料特性。修改完成后，模型导入完毕。4.2.3 导入的模型的布尔操作在装载机工作装置在导入ADAMS时，焊接等固定连接处相连接的零件都是一个独立的零件，要进行装载机工作装置的运
33、动仿真分析，必须将固定相连的零件生成一个零件，即布尔操作。ADAMS/ View 提供了五种布尔操作，通过对简单实体的组合来创建复杂零件。表 4-1 实体的布尔运算图标图标功能说明布尔加（Unite）合并两个相交的实体把第二个，实体并入第一个实体中，相交部分只计算一次布尔和（Merge）合并两个不相交的实体把第一个实体并入到第二个实体中布尔交（Interesect）取相交形体保留相交部分的实体，所形成的实体特性与第一个实体相同布尔减（Cut）实体切割用第一个实体去切第二个实体，删除第一个实体和相交部分的第二个实体布尔分（Split）实体还原将经过以上布尔操作的实体还原4.3 模型的约束的确定4
34、.3.1 约束的概述和分类在一个系统中，通常是由多个约束组成的，组成系统的各个构件之间通常存在某些约束关系，定义两个构件之间的约束关系为运动副或者铰链。经过抽象、归纳和总结，可以将约束大致分为基本约束和运动副。在仿真分析时，要使系统运动，必须首先定义约束和运动副，还需要在相应的运动副上加上驱动和载荷。就本质而言，驱动的本质也是约束，只不过这种约束能使两构件按某一规律运功。ADAMS/View可以处理以下4种类型的约束：（1) 常用运动副约束（2) 指定约束方向，即：限制某个运动方向（3) 接触约束，定义两构件在运动中发生接触时，是怎样相互约束的。（4) 约束运动。约束工具的启动方式有两种：一种
35、是在主工具箱中，选择连接工具集图标或运动工具集图标，然后选择约束工具；另一种方法是在Build菜单中选择Joints项，可显示连接对话框。启动后的界面如图所示：凸轮约束工具状态参数设置运动约束工具常用约束工具接触约束工具图4-4 常用约束类型ADAMSView提供了l 2种常用的运动副工具。通过这些运动副，可以将两个构件连接起来。被连接的构件可以是刚体构件、柔性构件或者是点质量。又分为简单运动副和复杂运动副。简单运动副可分为铰链连接、移动副、转动副等；复杂运动副可分为齿轮副、关联副、凸轮副。在施加运动副的过程中，程序要求依次选择被连接的构件1和构件2，ADAMS/View设定在两个被连接的构件
36、中，是构件1被连接到构件2上面。例如：如果要使用旋转运动副将一扇门连接到门框上，在选择被连接的构件时，首先应该选择门，然后选择门框。产生运动副时，ADAMS/View自动为运动副设置一个名称，运动副取名为“JOINT_”+“序号”，例如：JOINT_1。齿轮副由两个齿轮，一个连接支架和两个连接组成。在两个齿轮(连接件)的触点设置一个坐标系标记，称为速度标记，两个连接件都以速度标记坐标系为自己的定位坐标系。速度标记到两个连接点的距离决定了齿轮的传动比，速度标记的轴定义了齿轮啮合点的速度和啮合力的方向。齿轮副中的连接可以是铰接副、棱柱副或圆柱副，用户可以选择不同类型的连接，模拟不同的齿轮连接形式。
37、 施加运动副之后，若要修改，利用弹出式菜单，选择有关运动副，再选择Modify命令，修改对话框如图所示：运动副名称初始参数设置是否显示连接力连接形式第二连接件第一连接件图4-3 修改运动副对话框设置初始条件时，对铰接副、棱柱副和圆柱副，可以设置初始条件，包括：构件1的连接点相对于构件2的初始位移和初始速度等。指定连接的运动时用户可以强行指定运动副中可以活动的轴的运动规律。例如：指定棱柱副沿z轴的按一定的时间函数规律运动。对铰接副、棱柱副、圆柱副、万向副和球形副，可以施加动态和静态摩擦力，以及预紧力。在样机建模时，应该逐步地对构件施加各种约束，并且经常对施加的约束进行试验，检查是否有约束错误，通
38、过这种方法可以比较容易地发现约束错误。在设置运动约束时要注意选择对象的顺序，正确的选择对象。定期地检查样机系统的自由度。在Tools菜单，选择Model verify命令，可以显示当前样机系统自由度的信息。对于ZL50轮式装载机来说，由于其大部分部件的连接都属于铰接，定义约束时，铰接处可定义为旋转副、球面副或者圆柱副，转斗油缸和动臂油缸的运动可以定义为移动副。具体约束类型见下表：表4-2 装载机工作装置约束类型约束对象图标约束类型车轴与车架固定副铲斗与连杆球面副铲斗与动臂球面副连杆与摇臂铰接副摇臂与动臂圆柱副动臂油缸与动臂球面副转斗油缸与摇臂球面副转斗油缸与前车架圆柱副动臂油缸与前车架圆柱副转
39、斗油缸活塞杆与套筒移动副动臂油缸与套筒移动副动臂与前车架球面副 4.3.2 定义机构的运动 通过定义机构遵循一定的规律进行运动，可以约束机构的某些自由度，另一方面也决定了是否需要施加力来维持所定义的运动。ADAMSView提供了以下两种类型的运动： 1)连接运动 连接运动定义铰接副、棱柱副和圆柱副中的移动和转动，每一个连接运动约束了一个自由度2)点运动 点运动定义两点之间的运动规律。定义点规律时，还需指明运动的方向。点运动可以应用了任何典型的运动副。对于ZL50轮式装载机来说，其动力源为转斗油缸和动臂油缸，所以可在移动副上面施加移动（motion），类型为速度（velocity），运动可以是与
40、时间有关的位移、速度和加速度。在默认状态下，运动的速度定义为常数。可以自定义运动值,通过step函数实现转斗油缸和动臂油缸的配合运动。其中step函数定义如下：转斗油缸：Step(time,0,0,0.1,-52)+Step(time,1,0,1.3,52)+Step(time,6.5,0,7,-250)+Step(time,7.5,0,8,250)+Step(time,15.5,0,15.9,240)+Step(time,16.6,0,17,-240)；动臂油缸：Step(time,0,0,0.2,265)+Step(time,1,0,1.3,-265)+Step(time,9,0,9.5,
41、-135)+Step(time,13.5,0,14,135)+Step(time, 22, 0,23,172)+Step(time,25, 0, 27,-172。 图4-4 函数编辑窗口4.4 模型载荷的确定ADAMS提供了四种载荷：作用力、柔性力特殊力和解触力。ADAMS施加载荷很重要，是正确进行系统仿真的基础。施加载荷是要明确力作用的零件和作用点的位置、大小和方向。载荷分为衡载（大小、方向不变），变载荷（大小或方向变化或同时改变）。作用力分单作用力和多作用力，可以是纯粹的力 或力矩，也可以是力和力矩的组合，分类如下表所示：表 4-3 作用力的类型名称图标说明Force（Single Com
42、ponent）单作用力，在作用点上施加单向作用力Toque（Single Component）单作用力矩，在作用点上施加单向力矩Force Vector（3-Component Force）力矢量，由三个沿地面坐标方向的分力构成Torque Vector（3- Component Torque）力矩矢量，由三个沿地面坐标方向的分力矩构成General Force (6-Component Force/Torque)组合力，由六个沿地面坐标方向的力和力矩构成对于单作用力和力矩，其运行方向 有3种表示方式：1） Space Fixed/ Fixed 力的方向全局坐标 系中固定，不随零件运动而变化。
43、 2）Body Fixed/ Moving 力的方向在所作 用零件的零件坐标系中不变。 3）Two Bodies/ Between Two Bodies 力的方向在两个零件上的力作用点连线上。通过施加接触力，可以描述自由运动的物 体在相互接触的时候的运行情况。线框模 型与线框模型之间，实体模型与实体模型 之间都可以添加接触力，但是除球体与平面的接触（sphere-to plane contact）外，线框模型与实体模型之间不能添加接触力。 图4-5 工作装置所受载荷示意图本论文讨论的ZL50装载机所受载荷为对称载荷，创建载荷时，可以在铲斗中间先创建MARKER点，在该点施加力；对于，可以施加在
44、铲斗的质心位置。施加力完成后，通过编辑step函数控制力的大小和作用时间。控制函数如下，插入阻力的控制函数：STEP( time , 1.50 , 0 ,6.5, 140000 )+STEP( time , 6.5 , 0 , 6.6 , -140000 )；崛起阻力的控制函数：STEP( time , 6.4 , 0 ,6.5, 73300 )+STEP( time , 6.5 , 0 , 7.5 , -73300)；载荷的控制函数：STEP(time, 3.3, 0 ,6.5 , 50000)+STEP(time, 15.5, 0 ,17 , -50000)。第五章 装载机工作装置仿真结果及分析5.1 装载机工作装置的运动仿真装载机工作装置在所有的约束及动力添加好之后，就可以仿真装载机工作装置的运动，在实际生产中具有重要的意义。利用现代化虚拟样机的开发产品的过程中，都需要进行模型的运动仿真，这样可以优化产品，时产品达到最优化的目的。装载机工作装置的运动仿真结果如下图所示: （a）铲入工况 (b) 収斗工况 (c) 举升工况
