浅谈机液耦合机构仿真的实现策略

    1　探讨机液耦合机构仿真的可实现方法

    机液耦合机构被广泛应用于工程建筑机械如装载机、挖掘机、起重机等的工作机构以及工业机械手等领域,它们共同的特征就是通过液压能到机械能的转化,实现机构的运动,完成对物料或对象的铲运、抓举等一系列动作,达到机构的工作目的。笔者将对这一类机构的仿真方法和应当注意的问题进行探讨。

    1.1　虚拟样机实现的要素

    要实现虚拟样机的优势,全面的完成仿真的目的,必须将虚拟样机建立在参数化、并行化、集成化的基础上,如图1所示。虚拟样机须可便捷地修改,因此必须是参数化的,为样机的可重用性提供条件。机液耦合机构是一个有机整体,其虚拟样机必须将多门学科的仿真模型及三维实体模型集成,为系统方案评价提供条件。借助参数的关联性可以完成虚拟样机的有机集成。参数化、并行化和集成化的特征最后还将使机液耦合机构虚拟样机具有时间上的超前性,整机设计评价的系统性和高效性。

    1.2　仿真模型的建立

    (1)参数化实体建模及自动装配　除了可以完成基本的机械结构件的三维建模功能以外,还可以用内嵌的工具箱如Pro/engineer实现二次开发功能,这样可以实现对结构件的参数化建模,可以快速的修改模型,节约了设计时间,提高了设计效率,并可以实现结构件的自动装配。

    (2)液压模型的建立　液压模型的建立,最直接方法就是通过动力学仿真软件ADAMS自带的AD-AMS/Hydraulics模块来建立模型,优点是可以简便、快捷地建立模型,有友好的人机交互界面,不足之处是如果液压系统比较复杂,模块中液压元件库有时候不能满足需求。

    1.3　多刚体运动学、动力学仿真分析

    在Pro/Engineer等实体造型软件中建立好结构件的模型后,可简单的增加刚体构件之间的连接点(marker)、相互之间的约束关系(运动副)以及施加载荷,或者在通过接口模块(如:Mechanism/Pro)将模型导入ADAMS中后在ADAMS/View中可更方便更直观的完成。一般情况下,机液耦合机构各构件是通过液压缸来进行动力传递,目前应用最多的是在液压缸模型中定义移动副,在移动副上定义移动函数模拟活塞杆在缸体中的移动。

    添加测量函数或在ADAMS后处理器中可以查看仿真结果,仿真成功后可以很容易地获得各构件的位移、(角)速度、(角)加速度、受力结果,以及空间运动轨迹等,可以很直观地观察各构件运动情况,判断结构设计是否合理。改变仿真条件,在特殊工况下还可以判断机构的工作性能是否满足要求。

    1.4　刚柔耦合仿真分析

    (1)静态有限元分析　为掌握结构件的设计是否符合强度需求,进行有限元的计算和分析是有必要的。目前,对机构进行静态的有限元分析已得到普遍的应用,即在某些典型工况下,对被关注构件进行针对性的有限元分析,这种分析方法在实际工作中有效地指导了结构件的设计和优化改进。