基于ADAMS的装载机工作装置动力学分析

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Dynamic Analysis of the W orking Device of a W heel-type LoaderBased on ADAM SLU W ei-hua . W ANG Li-yuan2， LU Yi1.School of Technology，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China；2.Shandong Gaotang County No.1Middle School，Gaotang Shandong 252800，ChinaAbstract：Pro/E three--dimensional model and design software is used for modeling and assembly of all components of theworking device of a wheel-type loader，it is introduced into the dynamic simulation software.ADAMS.Diferent process withina working cycle of the working device of the wheel-type loader are analyzed and with river sand containing a certain amount ofwater as the research object，the insertion resistance and digging resistance endured by the working device of the loader undera full load，with the load showing symmetrical distribution，are calculated.By calculating the time of each process，the STEPfunction applied in ADAMS is made，with a dynamic analysis of the device made，obtaining the maximum speeds of themovable arnl oil cylinder and the rocker ann oil cylinder being 0.33m/s和 0.43m/s，with 1 34kN as the maximum force value，which Occurs when the digging begins.

Key words：construction machinery；loader；dynamics an alysis随着我国城镇化的快速发展，工程机械的使用越来越频繁，对其性能的要求也越来越高。国产装载机是我国目前工程领域最重要的工程机械之-，所以对其工作装置和工作循环的研究尤为重要。装载机的-个工作循环包括插人、掘起、抬升、卸料和下降。通过参阅相关资料得知国产装载机在-个工作循环中抬升、卸料和下降所消耗的时间与国外同类机型相比要多 1.7～3s。国产工程机械普遍存在油耗大、燃料使用效率低等缺点。因此，要想提高有效工作时间及工作效率，应对收稿 日期：2013-06-06工作装置的工作循环进行深入研究。本文研究对象选为市面上常见的国产ZLS0型装载机。

1 装载机工作装置建模装载机工作装置主要包括动臂、摇臂、铲斗、连杆、动臂油缸和活塞及摇臂油缸和活塞，以及部分连接销钉。通过实际测量和计算得到装载机工作装置中各零部件的主要参数：动臂厚度 55mm，摇臂厚度 90ram，两端连接处切除厚度 5采用三维造型软件 Pro/E对这些零部件进行造第l0期 刘维华，等：基于ADAMS的装载机工作装置动力学分析 41表 5 工作装置不同阶段的动臂油缸和摇臂油缸运动情况s1陋Ptime，3.2，0，10.4，0STEPtime，10.4，0，11.9，-270s1'EPtime，11.9，0，12.7，1lo动臂油缸活塞：STEPtime，0，0，2，-10STEPtime，2，0，3.2，0STEPtime，3.2，0，10.4，727S1EPtime，10.4，0，12.7，0STE Ptime，12.7，0，15.9，-7173 仿真分析首先根据上述分析计算，为ADAMS中的装载机工作模型施加外载荷。物料重力垂直向下，方向不变。插入阻力与铲斗的运动方向相反，掘起阻力的方向与铲斗运动方向垂直且与运动方向相反，并随铲斗位置的变化而变化。完成上述几步后即可开启仿真对系统进行动力学分析。对称加载后的工作装置外载荷示意图如图 7所示。

图 7 对称加载后的工作装置仿真模型示意图3.1 最大卸载高度最大卸载高度指的是动臂在最大举升高度、铲斗呈 45o卸载角时铲斗斗尖与地面的距离。铲斗斗尖与地面的距离曲线如图8所示。从图8中得知最大卸载高度为2.9m左右，满足设计要求。

3.2 铲斗质心位置和速度变化工作 程中铲斗质 位置随时间变化曲线如图9所示。

从图9中可以看出铲斗质心上升3m以上，这个数值超过了-般汽车车厢板的高度，在 3.2s处曲线出现4000.03O00.0交200.01O00.0- M RKERjm哪 mi0，矗U 哑 - LM骘- 、/ 、 √ ，、。 / t/l5.O 20.020l3-05-29 o9：l8：4o图8 铲斗斗尖与地面的距离图 9 铲 斗质心位置随时间变化 曲线了-个凸点，原因是铲斗刚被翻转，紧接着又被抬升，但抬升的速度-开始较慢，因此铲斗的质心位置-开始几乎没动。在 10.4s时由于要卸载物料，摇臂油缸回缩，铲斗在其作用下向下翻转，导致质心位置有些下降，在卸载快结束时，装载机工作装置要下放，但考虑到铲斗下端可能与车辆壁板碰撞，因此将动臂油缸稍微伸出-点。

- - l- l- d∞ COM VelityY厂 、、， ，/ . /V ， f 呵，， ，0.0 5.0 10.0 15.0 20.0Analysis：Last Run 时间/s 2013-05-29 09：18：40图 10 铲斗速度随时间变化曲线在掘起物料和卸料阶段油缸都有振动产生。载荷在掘起时最大，在铲斗卸载时变为0，变化幅度较大，因此测量工作装置在整个工作循环中摇臂油缸和动臂油缸的速度变化对机构的设计和优化具有-定的指导意义。

3.3 动臂油缸、摇臂油缸的速度变化动臂油缸、摇臂油缸速度变化曲线如图1 1所示。

从图1 1中可以看出在前2s时两对油缸都没有发生运动。动臂油缸速度曲线没有出现不可导点，摇臂油缸速度曲线出现兀欢不可导点，原因是图1 1中显示的是速度的绝42 林 业 机 械 与 木 工 设 备 第41卷呻馋fAnalysis：Last Run 时19/s 2013-05-29 09：18：40图 11 动臂油缸、摇臂油缸速度随时间变化曲线对值。摇臂速度最高值约为0.430m/s，动臂最7v3度值为0.33m/s。两油缸的运动曲线与实际运动情况基本相符。

3.4 工作装置受力分析工作装置所受对称载荷曲线如图 12所示。6条不同曲线分别表示工作装置所受插入阻力、掘起阻力和物料重力在x、Y方向的变化，其大小在-130～134kN之间。最大载荷出现在插人工况结束时和掘起过程开始时，主要原因是插入时阻力与深度成正比，而掘起时随着铲斗的提升，压在铲斗上的物料逐渐下落，直至最后只剩下盛入铲斗部分。

冬- 掘起阻力 x -- 掘起阻力Y ， 插入阻力 X- · 插入阻力Y- - 物料重力Y.； l、 ，、Analysis：Last Run 时间/s 2013-06-03 22：59：00图 l2 对称载荷工况下工作装置 X、Y方向受力变化·征订启事·4 结束语1通过确定轮式装载机工作装置部件的空间位置关系，建立其三维模型，并将其导人ADAMS中，施加材料属性和约束后建立虚拟样机模型。对装载机的插入、举升、卸料和下降整个工作循环进行了仿真，没有出现部件干涉现象，说明建模和施加约束完全正确。

2装载机的作业过程分为插入、收斗掘起、举升、卸料和下降五个部分。其中最大载荷出现在插人工况结束和掘起过程开始时，两个最大的力值分别出现在两处。主要原因是插入结束时插入的深度最大，阻力与深度成正比；而掘起时随着铲斗的提升，压在铲斗上的物料逐渐下落，直至最后只剩下盛人铲斗部分，受力最大值为 134kN，此值出现在开始掘起时刻。

3计算得出挖掘装载河沙且工作装置受到对称均 匀载荷 作用 时工作装 置受 到的插入 阻力 为120.215kN，掘起阻力为 130.416kN；摇臂速度最高值约为0.430m/s，动臂速度最高值为0.33rds。