基于ADAMS的WYD390液压挖掘机工作包络区域分析

韩 帅，赵腾云

（太原重工股份有限公司技术中心，山西 太原 030024）

WYD390液压挖掘机是太原重工股份有限公司最新研制的露天矿山采装设备，标准斗容22m3。作为主采设备的WYD390液压挖掘机与载质量为104～172t的矿用自卸汽车配套，适用于年产量为1 000万t以上的特大型露天煤矿、铁矿及有色金属矿山的剥离和采装作业。

液压挖掘机的传统设计方法不仅耗时而且费力，显然已经无法满足企业的发展需求［1］。虚拟样机技术出现及发展，使得产品设计真正意义上摆脱了对物理样机的依赖，降低了产品的开发风险和研发周期，很大程度上提高了企业的生产效率［2］。本文就是基于虚拟样机的ADAMS 软件，对WYD390液压挖掘机的工作装置进行了运动学仿真分析。

1 WYD390液压挖掘机的虚拟样机模型

WYD390液压挖掘机可分为四个主要部分：动力系统、液压系统、机械系统和控制系统，而机械系统又主要包括行走装置、回转装置和工作装置。本文仅对工作装置进行运动学仿真分析，工作装置主要包括：动臂和动臂油缸、斗杆和斗杆油缸、铲斗和铲斗油缸。借助UG 强大的建模功能，建立WYD390 液压挖掘机的虚拟样机模型，如图1所示。

图1 WYD390液压挖掘机的虚拟样机模型

2 液压挖掘机的运动学分析

无论是电铲还是液压挖掘机，其基本参数都是衡量挖掘机的重要指标，也是挖掘机仿真与优化虚拟样机效能重要的评估参数［3］。本文采用ADAMS软件对WYD390液压挖掘机斗齿尖的最大包络区域和铲斗工作在地面到动臂78°时的包络区域进行了运动学仿真。

2.1 斗齿尖的最大包络区域

斗齿尖的最大包络区域是衡量挖掘机性能的一项重要指标，其重要性不言而喻。本文对图1虚拟样机中各个液压缸上施加的具体驱动函数如下：

1）动臂油缸函数。step（time，0，0，1，0.828）＋step（time，1，0，2，0）＋step（time，2，0，4，0）＋step（time，4，0，7，－2.9）＋step（time，7，0，10，0）＋step（time，10，0，13，2.9）

2）斗杆油缸函数。step（time，0，0，1，1.743）＋step（time，1，0，2，0）＋step（time，2，0，4，－2.06）＋step（time，4，0，7，0）＋step（time，7，0，10，2.06）＋step（time，10，0，13，0）

3）铲斗油缸函数。step（time，0，0，1，－1.735）＋step（time，1，0，2，0.499）＋step（time，2，0，4，1.265）＋step（time，4，0，7，0）＋step（time，7，0，10，－1.764）＋step（time，10，0，13，0）

由仿真可以得出此工况下动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸三油缸长度随时间变化曲线，如图2所示；斗齿尖X、Y方向的位移随时间变化曲线，如图3所示。

图2 2.1工况下三油缸长度随时间变化曲线

图3 2.1工况下斗齿尖X、Y 方向的位移随时间变化曲线

由图3可以得知：最大挖掘半径：15.616 5m；最大挖掘高度：19.696 5 m；最小挖掘半径：3.705 2m。

2.2 铲斗工作在停机面到动臂水平夹角78°时斗齿尖的包络区

铲斗工作在停机面到动臂水平夹角78°时是常用工作区域，所以必须对此工作区域进行分析，本文对此工况下的虚拟样机中各个液压缸上施加的具体驱动函数如下：

1）动臂油缸函数。step（time，0，0，1，－0.193）＋step（time，1，0，2，0）＋step（time，2，0，4，0）＋step（time，4，0，6，－1.424）＋step（time，8，0，10，1.424）

2）斗杆油缸函数。step（time，0，0，1，1.743）＋step（time，1，0，2，0）＋step（time，2，0，4，－2.06）＋step（time，4，0，6，0）＋step（time，6，0，8，2.06）

3）铲斗油缸函数。step（time，0，0，1，－1.735）＋step（time，1，0，2，0.499）＋step（time，2，0，4，1.265）＋step（time，4，0，6，0）＋step（time，6，0，8，－1.764）

由仿真可以得出此工况下动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸三油缸长度随时间变化曲线，如图4所示；斗齿尖X、Y方向的位移随时间变化曲线，如图5所示。

图4 2.2工况下三油缸长度随时间变化曲线

图5 2.2工况下斗齿尖X、Y 方向的位移随时间变化曲线

由图5可以得知：最大挖掘半径：15.271 2 m；最大挖掘高度：17.957 9m；最小挖掘半径：6.13m。

3 结语

基于UG 或者其他三维造型软件生成虚拟样机后，利用ADAMS软件可以方便快捷地对液压挖掘机的工作装置进行运动学仿真。由仿真结果可以得出：最大挖掘半径、最大挖掘高度、最小挖掘半径等基本作业参数。本论文不仅得出了WYD390液压挖掘机的相关参数，而且为今后本产品的升级及相关类似产品的开发提供了理论依据。

［1］孙旭国.液压挖掘机工作装置动力学建模与分析［J］.建筑机械化，2007（7）：33－34.

［2］葛正浩.ADAMS2007 虚拟样机技术［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［3］白玉琳.大型正铲液压挖掘机工作装置虚拟样机研究［J］.建筑机械，2008（7）（上半月刊）：81.