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- I -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
2、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，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；ADAMS英文摘要- II -AbstractLoader 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 dir
3、ect impact on labor productivity, at the 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 met
4、hods, by means of virtual prototyping technology 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
5、 be refined, improved product quality and 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- III -目录中文摘要 .IAbstract .II第一章 引言 .- 1 -1.1 课题的背景和意义 .- 1 -1.
6、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 .- 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
7、 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 -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 -目录- IV -5.2 装载机工作装置
8、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 .- 28 -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 - 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
9、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
10、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
11、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。主要原因是由第一章 引言- 2 - 于我国装载机发展起步较晚，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
12、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
13、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。(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，
14、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。第一章 引言- 3 - (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- 4 - 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，
15、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，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
16、，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，因此要要求具有第二章 装载机工作装置概述- 5 - 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
17、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 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
