基于ADAMS二次开发寻找挖掘机工作装置最危险工作姿态

旷水章 涂 宇

（湖南交通工程学院 421009）

基于ADAMS二次开发寻找挖掘机工作装置最危险工作姿态

旷水章 涂 宇

（湖南交通工程学院 421009）

对挖掘机工作装置进行寿命分析和结构优化，需要以最危险姿态下铰点力作为有限元分析的载荷条件。针对工作装置最危险工作姿态难以确定这一问题，本文提出了一种基于ADAMS二次开发获得挖掘机工作装置最危险工作姿态的方法。通过编写的二次开发程序，使其参数化，通过编制的宏命令，自动修改三液压缸长度，得到了工作装置的每个姿态，对每个姿态进行ADAMS动力学仿真，获得了最危险姿态下各铰点力。通过挖掘试验，验证了仿真得到的最危险工作姿态是正确的。

ADAMS二次开发；工作装置；动力学仿真；最危险工作姿态

前言

随着计算机编程技术的发展，ADAMS二次开发功能得以增强，包括ADAMS/View界面的用户化设计，利用cmd语言实现自动建模和仿真控制，通过编制用户子程序满足用户的某些特定需求等功能。

传统液压挖掘机工作装置结构优化时是按照经验确定其最危险姿态，这样得到的最危险姿态误差较大，优化结果不够理想。本文通过ADAMS二次开发，能精确获得挖掘机工作装置最危险工作姿态以及此状态下各铰点力，并将姿态数据（位移）以及铰点力数据保存成数据文件，为挖掘机工作装置的寿命分析和结构优化提供准确的载荷条件[2]。

1 工作装置的ADAMS二次开发

1.1 二次开发前处理

对工作装置进行二次开发，首先要建立工作装置参数化模型[3]，如图1。

图1 工作装置参数化模型

由加长型三个液压缸的最大行程设置其步数都为11，L1=1570+ 108×步数，L2=1675+108.5×步数，L3=1365+88.5×步数，因此可得到其运动的所有姿态为1331种。（L1，L2，L3分别为动臂油缸，斗杆油缸，铲斗油缸长度）。工作装置的各铰点坐标系设定，如图2所示。

图2 工作装置的各铰点坐标系

2 ADAMS二次开发动力学仿真及分析

通过二次开发程序控制三个液压缸的位移，获得1331种姿态，动臂与斗杆铰接处，斗杆与铲斗铰接处，摇杆与斗杆铰接处，连杆与铲斗铰接处铰点力的变化如图3所示。

图3 铰点受力曲线

从曲线中可以找到最危险姿态，即斗杆与铲斗铰接点、铲斗齿尖三点共线姿态。此姿态出现在仿真运行8.2s的时刻，其姿态位置图如图4所示，并可得到此姿态下动臂、斗杆上的各铰接点的力，如表1所示。

得到最危险姿态的一组铰点力后，在进行疲劳寿命分析时就可以用铰点力作为载荷条件，通过有限元分析得到各单元在该姿态下的主应力，对每个单元的同方向主应力进行组合进行疲劳计算，得各单元最小寿命值及对应的组合工况，对所有单元进行比较分析，得到整个结构最

图4 动力学仿真最危险姿态

表1 最危险姿态下各铰销点的力

3 结论

（1）对挖掘机工作装置进行运动学理论分析，建立了参数表达式及模型，开发了一种基于ADAMS二次开发寻找工作装置最危险工作姿态的方法。

（2）通过实车挖掘试验，验证了ADAMS二次开发寻找挖掘机工作装置最危险工作姿态方法的正确有效性。以此危险姿态下铰点力作为有限元分析的载荷条件，对挖掘机工作装置进行寿命分析和结构优化。

（3）该ADAMS二次开发获得极值位置的方法可以推广应用到其他复杂结构。

[1]郑建荣.ADAMS-虚拟样机技术入门与提高[M].北京：机械工业出版社，2001.

[2]Ward Peter，Wakeling Andrew，Weeks Richard.Design Of An Excavator Arm Using Optimization Techniques[J].SAE Technical Paper Series，1987，5：138～144.

[3]余新康，王健.基于ADAMS的液压系统虚拟样机[J].矿山机械，2003，31（8）：48～50.

[4]李增刚.ADAMS入门详解与实例[M].北京：国防工业出版社，2009，8.

[5]郑凯，胡仁喜，陈鹿民.ADAMS机械设计高级应用实例[M].北京：机械工业出版社，2006.

TU621

A

1004-7344（2016）24-0222-02

湖南省教育厅高等学校科研项目（15C0494）、湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目（634）。

2016-8-10

旷水章（1986-），男，助教，研究方向为汽车电子。