液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)仿真研究

摘要：隨著我國(guó)建設(shè)項(xiàng)目以及工程技術(shù)的快速發(fā)展，液壓挖掘設(shè)備已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各類型的民用建設(shè)以及國(guó)家水利電力工程的施工項(xiàng)目中，借以提升工程建設(shè)的質(zhì)量與效率。經(jīng)研究分析，虛擬樣機(jī)仿真及設(shè)計(jì)項(xiàng)目的運(yùn)作，可以提早發(fā)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)在實(shí)際工作中所可能遇到的問題，進(jìn)而采取有效措施將其避免，這樣便可以在一定程度上降低機(jī)械設(shè)備的研發(fā)成本。本文就液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)仿真的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行深入研究，以期能為實(shí)踐項(xiàng)目的運(yùn)作帶來啟示。

關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī)；工作裝置；虛擬樣機(jī)；仿真研究

前言：液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)仿真模型的構(gòu)建需要借助虛擬樣機(jī)技術(shù)等內(nèi)容來為其做支撐，通過計(jì)算以及數(shù)據(jù)分析得到關(guān)鍵的鉸點(diǎn)處的受力曲線，進(jìn)而為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)液壓挖掘機(jī)工作裝置的性能帶來幫助。

一、液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)仿真模型設(shè)計(jì)

（一）液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)仿真模型設(shè)計(jì)的背景分析

對(duì)于液壓挖掘機(jī)工作裝置的實(shí)踐性能而言，良好的動(dòng)力性是維系整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高效運(yùn)作的重要前提。實(shí)質(zhì)上，“斗桿”、“鏟斗”等液壓挖掘機(jī)工作裝置本身的性能就是機(jī)械設(shè)備的源動(dòng)力。因此，需要借助有效的技術(shù)手段以及仿真模擬操作來探知液壓挖掘機(jī)斗桿的最大挖掘力，以此來改進(jìn)液壓挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)框架，進(jìn)而提升液壓挖掘設(shè)備的總體性能，增強(qiáng)液壓挖掘設(shè)備支撐之下的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

（二）液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)3D模型的構(gòu)建

在實(shí)際工作中，小型液壓挖掘機(jī)設(shè)備的使用頻率較高，因此，在研究的過程中，運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)相關(guān)的軟件（通常采用的是Pro/E軟件）來構(gòu)建小型的液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)“3D模型[1]”（如圖1所示）。在建立模型的過程中，借助軟件的功能，突出液壓挖掘機(jī)的各部分組件，使其在模擬操作時(shí)，便于技術(shù)人員采集數(shù)據(jù)與記錄狀態(tài)。在構(gòu)建完畢后，針對(duì)液壓挖掘設(shè)備的斗桿油缸最大挖掘力進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)算。

圖1 液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)3D模型示意圖

二、探究液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)仿真的基本原理及相關(guān)技術(shù)內(nèi)容

（一）進(jìn)行液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)原理

針對(duì)液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)操作的本質(zhì)是對(duì)該裝置進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真研究，并通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)，得到對(duì)液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。

1.液壓挖掘機(jī)工作裝置斗桿挖掘力的測(cè)算是仿真實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵

在技術(shù)軟件的操作下，確定了液壓挖掘機(jī)工作裝置的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，進(jìn)而將液壓挖掘機(jī)工作裝置實(shí)體模型中的各個(gè)液壓缸的動(dòng)力軌跡進(jìn)行函數(shù)測(cè)算，并記錄具體的函數(shù)值。通過配置液壓挖掘機(jī)工作裝置模型的功過循環(huán)所需的時(shí)間，指引仿真工作裝置進(jìn)行模擬“挖掘”、“卸料”等操作，從幾項(xiàng)關(guān)鍵的指標(biāo)數(shù)值中可以發(fā)現(xiàn)，在不同作用力的影響下，挖掘機(jī)工作裝置的動(dòng)能水平有所差異。為了進(jìn)一步研究液壓挖掘機(jī)仿真裝置的挖掘力，則需要考慮該裝置所受到的復(fù)合作用力。實(shí)際上，挖掘力是裝置斗齒尖的兩個(gè)單向集中力的合力，因此，在實(shí)際測(cè)算的過程中，要注意這兩個(gè)作用力的計(jì)算結(jié)果。液壓挖掘機(jī)工作裝置斗桿最大挖掘力結(jié)果的得出，需要進(jìn)行反復(fù)操作而來。

2.執(zhí)行液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)仿真的原理分析

就理論而言，動(dòng)力學(xué)仿真有兩種方式，即“正”、“逆”兩種，前者是針對(duì)已知的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行載荷分析，借助軟件來分析動(dòng)力變量，后者則主要研究系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡等內(nèi)容[2]。從具體情況來看，為了探索液壓挖掘機(jī)工作裝置的自適應(yīng)性，則借助了工程機(jī)械的基礎(chǔ)控制原理以及技術(shù)，針對(duì)波動(dòng)載荷下工程機(jī)械液壓底盤的性能進(jìn)行的一系列的實(shí)驗(yàn)，并且，針對(duì)液壓挖掘機(jī)工作裝置的對(duì)稱性載荷進(jìn)行的測(cè)算，這一過程是通過計(jì)算物料重力來實(shí)現(xiàn)的。

（二）液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)仿真的最終成果分析

樣機(jī)的動(dòng)力學(xué)仿真模型的構(gòu)建是探知設(shè)備各鉸接點(diǎn)受力情況最直接的方式，因其成本較低，且數(shù)據(jù)分析較為詳細(xì)。經(jīng)液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)仿真模擬的實(shí)驗(yàn)過程可知，動(dòng)臂和斗桿鉸接點(diǎn)的受力程度最高，相比之下，液壓挖掘機(jī)工作裝置中其它的鉸接點(diǎn)的承載能力較弱。在液壓挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行模擬挖掘的過程中，尤其是在仿真設(shè)備進(jìn)行“舉臂”或“回轉(zhuǎn)”時(shí)，所受到的重力影響較小，整個(gè)液壓挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)行狀況十分平穩(wěn)，因此，從這一過程可以了解到，在實(shí)際運(yùn)行液壓挖掘機(jī)工作裝置時(shí)，進(jìn)行該環(huán)節(jié)操作的安全性與穩(wěn)定性都較為良好。

從以往的工作經(jīng)驗(yàn)來看，液壓挖掘機(jī)工作裝置本身的負(fù)載能量的變化極可能會(huì)影響到內(nèi)部的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的有序運(yùn)行，進(jìn)而干擾到工程機(jī)械實(shí)物的整體動(dòng)力特性[3]。在這一目標(biāo)的驅(qū)使下，憑借大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析出有利于設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的最佳狀態(tài)。在液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)仿真操作的過程中，通過仿真液壓挖掘機(jī)工作裝置的逆方式操作，以及計(jì)算機(jī)械設(shè)備中的各個(gè)缸的位移STEP函數(shù)值等數(shù)據(jù)，能夠分析并判斷出液壓挖掘機(jī)工作裝置在實(shí)際運(yùn)行過程中各鉸接點(diǎn)的受力狀況[4]?？偠灾ㄟ^對(duì)液壓挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)操作所得出的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，關(guān)系到機(jī)械設(shè)備本身的自適應(yīng)性的調(diào)整，而且，更關(guān)系到借助該機(jī)械設(shè)備所能達(dá)到的實(shí)際效果，針對(duì)這些內(nèi)容的探究與記錄對(duì)于執(zhí)行具體工作及管理有著至關(guān)重要的意義。

結(jié)束語：

通過對(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究，構(gòu)建出一套液壓挖掘機(jī)工作裝置的仿真操作模型，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，斗桿挖掘力的測(cè)算是仿真實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵，同時(shí)，在相關(guān)技術(shù)軟件的測(cè)算分析之下，進(jìn)一步了解到液壓挖掘機(jī)工作裝置的操作數(shù)據(jù)。借助虛擬樣機(jī)仿真研究的結(jié)論內(nèi)容，來調(diào)整并利用好液壓挖掘機(jī)工作裝置的性能，使其在實(shí)踐過程中發(fā)揮出最大效用。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦貞沛，朱俊平，鄭東京，等.挖掘機(jī)工作裝置的虛擬樣機(jī)建立及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真—以農(nóng)用液壓挖掘機(jī)為例[J].農(nóng)機(jī)化研究，2011，04（04）：46-48.

[2]張桂菊，肖才遠(yuǎn)，袁文華，等.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)挖掘機(jī)工作裝置動(dòng)力學(xué)分析及仿真[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，06（06）：1828-1833.

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作者簡(jiǎn)介： 李琚陳（1986.7-）男，合肥人，本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，職稱：助教，研究方向：虛擬樣機(jī)及動(dòng)力學(xué)仿真