摘要: 通过Pro/E和ADAMS软件的联合应用,建立了与自卸车举升机构物理样机相符的虚拟样机,并对该虚拟样机进行了多方位动态仿真研究。本文的研究工作不仅为自卸车举升机构的设计提供了理论基础,而且为其提供了设计理论分析的依据,同时确定了自卸车举升机构的运动学变化规律,并为其他车辆以及其他机械机构的虚拟样机建立及分析提供了新的设计思路和设计方法。
Abstract: Based on associated application of Pro/E and ADAMS software, this article established virtual prototype which was consistent with physical prototype of a dumper’s lifting mechanism, and made an multidimensional dynamic virtual research to the virtual prototype. The study of this paper not only provides a theory basis for the design of lifting mechanism of dumper, but also provides the basis of design theory, at the same time, identifies variation rules of Kinematics of dumper’s lifting mechanism, and supplies new design ideas and methods for establishment and analysis of virtual prototypes of other vehicles and other mechanical structures.
关键词: 自卸汽车;举升机构;虚拟样机技术
Key words: dumper;lifting mechanism;virtual prototype technology
中图分类号:TH11文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)31-0178-02
0引言
机械系统力学自动分析软件ADAMS是国际非常著名的虚拟样机分析的应用软件,用户可以运用该软件对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析,便可以非常方便、快捷地得到可视化的结果。但是该软件的重点在强大的力学分析上,其三维实体造型功能相对薄弱,故对于相对复杂的造型(如本文的自卸车)通常在CAD软件中完成,然后通过专用接口模块导入到ADAMS环境中进行全面的分析。本文着重介绍美国PTC公司的Pro/E和MDI公司的ADAMS相结合来实现自卸车的动态仿真的方法。Pro/E是美国参数技术公司推出的一套博大精深的三维实体CAD/CAM参数化软件,参数化是其最大的优点,修改方便,修改速度快,再生能力强,用来实体造型比较便捷。ADAMS是美国MDI开发的非常著名的虚拟样机分析软件,用户可以运用该软件非常方便的对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。Pro/E与ADAMS两者相结合便能够比较完美的实现虚拟样机的动态仿真。本文运用该软件对自卸车虚拟样机的仿真流程如图1所示。
1基于Pro/E的自卸车虚拟样机的建立
本文样机是参照CQ3310P4K2T4A70型前顶举升式自卸车采用Pro/ENGINEER Wildfire 2.0建立的,考虑到装配过程的复杂性,创建的零部件应尽可能简化,在不影响分析的前提下,可省略不必要零件。
1.1 利用Pro/E建立自卸车零件的三维模型CQ3310P4K2T4A70型自卸车样机的主要零件有车架、车厢、液压举升机构(多级油缸)、轮胎和连接销轴等。启动并进入Pro/E软件环境,通过新建进入新零件的建立模块,运用拉伸、镜像、抽壳等命令完成各个零件的创建。考虑到与ADAMS软件结合,建模时应注意:Pro/E提供了英制和公制两种模板,实际建模时不采用任何模板;另外“毫米、千克、牛、摄氏度”的单位制是比较理想的选择。
1.2 利用Pro/E建立自卸车装配模型在Pro/E装配模块下,可以将元件(包括零件和子装配件)组合成装配件,然后对该装配件进行修改、分析或重新定向。本文自卸车各个零件装配顺序依次为车架—车厢—轮胎—液压缸(三级)—活塞杆—套筒。在Pro/E软件环境中通过新建组件,进入装配模块,打开第一个装配零件车架,使车架处于完全约束状态下再调入车厢零件,车架和车厢之间的旋转运动副通过铰链完成连接,当下面位置菜单提示完全约束时则两零件装配成功。其余零件按照类似方法进行装配,只是连接方法不同。自卸车样机装配模型如图2所示。
2利用M/Pro进行虚拟样机模型转换
Mechanism/Pro(简记为M/Pro)是MDI公司为ADAMS开发的专用接口程序,作为一个菜单,挂接在Pro/E环境中,此法是最方便、应用最广泛的传递方式。在导入之前应利用M/Pro模块将几个零件定义为一个刚体并添加一些简单的约束,再进行转换。转换类型有Render和SLA两种,本文选用Render格式,整个系统模型可一次性由Pro/E传递到ADAMS中来,位置关系无需再改动。
导入过程中在选择转换精度时应注意:精度选择越高,转换越不易成功,甚至造成图形文件路径缺失。为此要选择默认精度,待转换成功之后,将每个刚体的SLP图形文件通过“另存为”产生,替换掉模型转换时产生的图形文件,这样导入到ADAMS中的模型便不会太失真,可视化效果更好。
3基于ADAMS的自卸车虚拟样机的动态仿真
3.1 建立驱动根据CQ3310P4K2T4A70型自卸车举升机构实际运动情况,举升机构运动由液压缸产生,而液压缸产生的力是自卸车举升机构运动的原动力,故在液压缸缸筒与缸筒之间、缸筒与活塞杆之间添加驱动。由实际工况和ADAMS系统提供的阶跃函数STEP(t1,x1,t2,x2)来完成液压缸运动的驱动设定如下:
定义液压缸一上的运动方程为:step(time,0,0,5,1400)
定义液压缸二上的运动方程为:step(time,5,0,10,1400)
定义液压缸三上的运动方程为:step(time,10,0,15,2200)
3.2 建立载荷CQ3310P4K2T4A70型自卸车满载总质量为30900kg,额定载质量为16995kg,根据实际工作情况,将载荷添加在车厢的质心上,方向垂直向下,因举升过程中载荷不断减少,故该力为变值,其大小由STEP函数定义为:
step(time,0,1.7E+005,15,0)
3.3 进行仿真仿真时间为15s,总步长按500步计算,对此样机进行仿真,图3为仿真结束之后的举升状态。
4仿真结果检验
将ADAMS仿真所得到的结果要和实际进行比较,检验虚拟样机的运动方式和顺序是否和物理样机相符;检验车厢最大举升角是否符合要求。并可通过ADAMS软件的位移分析功能、速度分析功能和加速度分析功能对液压系统进行分析,以更好的掌握整个机构的运动特性,为系统的优化设计提供理论依据。本文在ADAMS下所得到的自卸车虚拟样机仿真部分结果如图4、图5所示,与物理样机基本一致。
本文研究结果表明,只要能建立正确的样机模型,便可以对虚拟样机进行多方位准确的仿真分析,将该虚拟样机用来代替物理样机验证设计,也可以大大的缩短开发周期、节约成本,而且设计质量和效率都会得到极大的提高。
参考文献:
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