挖掘机动态力学仿真

    0引言

    挖掘机属于多刚体复合运动，而且挖掘机各液压缸推力的计算涉及到几何关系换算，因此液压缸最大设计推力的计算是非常复杂的，目前多采用轨迹图法或根据几何约束条件建立力学方程组进行求解，但对于运动部件多于3个的机构，设计起来就要麻烦得多，并且设计工作不直观，设计结果也不尽人意。本文采用C0SMOSMotion对挖掘机进行了动态力学仿真。

    1设计模型

    利用拉伸、阵列、切除等功能，在中建立如图1所示的挖掘机主要零部件图。

    根据同轴、共面等几何约束关系将各零部件装配起来，可以得到挖掘机的整机装配图，并根据仿真需要，将挖掘机调整到合适的初始姿势。如图2所示。

    2激活插件

    在安装完C0SMOSMotion后，需要在中点击工具、插件，在弹出的窗口中点选COSMOSMotion，将其激活。在左侧特征管理器中点选刚出现的motion浏览器，就可以进人COSMOSMotion进行分析了。由于是装配体，此时会弹出对话框询问是否根据装配关系自动添加约束关系，选"是"即可。

    3力学仿真

    (1)动臂液压缸受力分析

    分析在图2中动臂运动时，动臂液压缸受力大小，此时斗杆、铲斗随动臂一起运动，需将斗杆液压缸、铲斗液压缸的运动部分附着在各液压缸的基座上，使这2个液压缸在仿真时不能伸缩。在铲斗上施加0.5t的重量，以模拟挖掘货物的重量。然后给动臂液压缸约束施以一定速度的沿Z方向的平移，注意运动方向，应使动臂向上升起，并控制仿真时间，使动臂能够运动到规定位置，然后分析在此过程中动臂液压缸驱动力幅值的大小，如图3(a)所示。在图2所示初始位置，液压缸受力最大为71276 N,随动臂的上升，受力逐渐减小，因此在设计时，可根据初始位置的受力来选取动臂液压缸。

    (2)斗杆液压缸受力分析

    分析在图2中斗杆运动时，斗杆液压缸的受力大小，此时动臂静止不动，铲斗随斗杆一起运动，需将动臂液压缸、铲斗液压缸的运动部分附着在各液压缸的基座上，使这2个液压缸在仿真时不能伸缩。在铲斗上施加0.5 t的重量，以模拟挖掘货物的的重量。然后给斗杆液压缸约束施以一定速度的沿Z方向的平移，注意运动方向，应使斗杆向下弯曲，并控制仿真时间，使斗杆能够运动到规定位置，然后分析在此过程中斗杆液压缸驱动力幅值的大小，如图3所示。由图3(b)可以看出，随斗杆的弯曲，受力先减小后增加，当斗杆完全弯曲到动臂下方时.液压缸受力最大为印871.2N,因此在设计时，可根据该位置的受力来选取斗杆液压缸。