基于ADAMS的WYD390液壓挖掘機(jī)工作包絡(luò)區(qū)域分析

韓 帥，趙騰云

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）

WYD390液壓挖掘機(jī)是太原重工股份有限公司最新研制的露天礦山采裝設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)斗容22m3。作為主采設(shè)備的WYD390液壓挖掘機(jī)與載質(zhì)量為104～172t的礦用自卸汽車配套，適用于年產(chǎn)量為1 000萬(wàn)t以上的特大型露天煤礦、鐵礦及有色金屬礦山的剝離和采裝作業(yè)。

液壓挖掘機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不僅耗時(shí)而且費(fèi)力，顯然已經(jīng)無(wú)法滿足企業(yè)的發(fā)展需求［1］。虛擬樣機(jī)技術(shù)出現(xiàn)及發(fā)展，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)真正意義上擺脫了對(duì)物理樣機(jī)的依賴，降低了產(chǎn)品的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和研發(fā)周期，很大程度上提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率［2］。本文就是基于虛擬樣機(jī)的ADAMS 軟件，對(duì)WYD390液壓挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。

1 WYD390液壓挖掘機(jī)的虛擬樣機(jī)模型

WYD390液壓挖掘機(jī)可分為四個(gè)主要部分：動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，而機(jī)械系統(tǒng)又主要包括行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置和工作裝置。本文僅對(duì)工作裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，工作裝置主要包括：動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸、斗桿和斗桿油缸、鏟斗和鏟斗油缸。借助UG 強(qiáng)大的建模功能，建立WYD390 液壓挖掘機(jī)的虛擬樣機(jī)模型，如圖1所示。

圖1 WYD390液壓挖掘機(jī)的虛擬樣機(jī)模型

2 液壓挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

無(wú)論是電鏟還是液壓挖掘機(jī)，其基本參數(shù)都是衡量挖掘機(jī)的重要指標(biāo)，也是挖掘機(jī)仿真與優(yōu)化虛擬樣機(jī)效能重要的評(píng)估參數(shù)［3］。本文采用ADAMS軟件對(duì)WYD390液壓挖掘機(jī)斗齒尖的最大包絡(luò)區(qū)域和鏟斗工作在地面到動(dòng)臂78°時(shí)的包絡(luò)區(qū)域進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。

2.1 斗齒尖的最大包絡(luò)區(qū)域

斗齒尖的最大包絡(luò)區(qū)域是衡量挖掘機(jī)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其重要性不言而喻。本文對(duì)圖1虛擬樣機(jī)中各個(gè)液壓缸上施加的具體驅(qū)動(dòng)函數(shù)如下：

1）動(dòng)臂油缸函數(shù)。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）斗桿油缸函數(shù)。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）鏟斗油缸函數(shù)。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況下動(dòng)臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸三油缸長(zhǎng)度隨時(shí)間變化曲線，如圖2所示；斗齒尖X、Y方向的位移隨時(shí)間變化曲線，如圖3所示。

圖2 2.1工況下三油缸長(zhǎng)度隨時(shí)間變化曲線

圖3 2.1工況下斗齒尖X、Y 方向的位移隨時(shí)間變化曲線

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

2.2 鏟斗工作在停機(jī)面到動(dòng)臂水平夾角78°時(shí)斗齒尖的包絡(luò)區(qū)

鏟斗工作在停機(jī)面到動(dòng)臂水平夾角78°時(shí)是常用工作區(qū)域，所以必須對(duì)此工作區(qū)域進(jìn)行分析，本文對(duì)此工況下的虛擬樣機(jī)中各個(gè)液壓缸上施加的具體驅(qū)動(dòng)函數(shù)如下：

1）動(dòng)臂油缸函數(shù)。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）斗桿油缸函數(shù)。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）鏟斗油缸函數(shù)。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況下動(dòng)臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸三油缸長(zhǎng)度隨時(shí)間變化曲線，如圖4所示；斗齒尖X、Y方向的位移隨時(shí)間變化曲線，如圖5所示。

圖4 2.2工況下三油缸長(zhǎng)度隨時(shí)間變化曲線

圖5 2.2工況下斗齒尖X、Y 方向的位移隨時(shí)間變化曲線

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

3 結(jié)語(yǔ)

基于UG 或者其他三維造型軟件生成虛擬樣機(jī)后，利用ADAMS軟件可以方便快捷地對(duì)液壓挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。由仿真結(jié)果可以得出：最大挖掘半徑、最大挖掘高度、最小挖掘半徑等基本作業(yè)參數(shù)。本論文不僅得出了WYD390液壓挖掘機(jī)的相關(guān)參數(shù)，而且為今后本產(chǎn)品的升級(jí)及相關(guān)類似產(chǎn)品的開發(fā)提供了理論依據(jù)。

［1］孫旭國(guó).液壓挖掘機(jī)工作裝置動(dòng)力學(xué)建模與分析［J］.建筑機(jī)械化，2007（7）：33－34.

［2］葛正浩.ADAMS2007 虛擬樣機(jī)技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］白玉琳.大型正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置虛擬樣機(jī)研究［J］.建筑機(jī)械，2008（7）（上半月刊）：81.