基于SolidWorks、ANSYS的管道清灰机器人操作臂有限元分析

    0 引言

    操作臂是管道清灰机器人中主要的机件之一。其功能是铲灰、推灰和运灰，由升降、转斗机构两部分组成。在工作过程中，操作臂的大臂、小臂、摇杆是主要的受力杆件。这就要求操作臂杆件应具有很高的强度、韧性和疲劳性能。因此，在设计操作臂杆件时选取正确的尺寸参数、结构形式、工艺与材料对保证管道清灰机器人正常运行、提高生产率、延长机器人使用寿命是非常重要的。

    我们利用对管道清灰机器人的主要部件操作臂进行建模，然后将在中建好的模型导人到ANSYS中进行有限元分析，最终验证了操作臂的设计是符合要求的。

    1 中操作臂的三维建模

    图1所示为操作臂机构简图。操作臂机构采用正转六连杆机构，主要由铲斗、大臂、举升油缸和摇臂转斗油缸等组成。转斗机构控制转斗的动作，由转斗油缸、摇臂、拉杆和铲斗等组成；动臂升降机构完成工作机构的提升与下降动作，由提升油缸和动臂组成。在实际工作过程中操作臂的大臂、小臂、摇杆是主要的受力杆件，因此，利用 2007软件根据操作臂自身的结构特点及各自几何尺寸完成建模过程。

    图1 操作臂机构简图

    2 文件转换为ANSYS文件

    ANSYS软件自身具有建模的功能，但建模能力却相对有限。在此，利用建立操作臂模型，再将其导入到ANSYS软件中。与ANSYS进行模型数据交换的方法很多。

    方法1：利用Parasolid(以边界表示的实体建模模块)格式导入到ANSYS中。使用的是Parasolid内核，而ANSYS支持Parasolid文件，因此，在中建立的模型通过这种方式可以输人到ANSYS中。但此种导入会造成元素的丢失，不能实现完全转化。

    方法2：把在中建立好的模型保存为IGES格式。由于ANSYS软件中内置了IGES交换过滤器，因此，IGES格式的文件可以输入到ANSYS中。但此种导人的方法在导入结构复杂的模型时经常也会造成元素的丢失，甚至影响到网格的划分。

    方法3：利用ANSYSWorkbench和之间的无缝链接。该方法的数据交换最为完整，没有数据丢失，我们采用此种方法。具体做法如下：

    将中建立好的操作臂模型→ANSYs→Workbench→New Simulation便可将模型完全导入到ANSYS Workbench中。

3 基于ANSYS软件的操作臂有限元分析

    3.1 模型属性设定