挖掘机主要部件的虚拟样机仿真分析

    挖掘机是道路抢修工作装备，配备多种工作装置，通过更换不同的工作装置，可实现一机多能。挖掘机由下车部分(履带底盘)、上部转台、主要部件和各种工作装置组成。

    对于虚拟样机仿真分析软件ADAMS，虽然以其机械系统的仿真分析而闻名，但其三维几何建模功能较弱，对于复杂的三维模型需要花大量的时间来完成建模工作，且不能保证模型的尺寸精度。本文采用建模功能强大的实体设计软件完成该挖掘机主要部件的三维实体建模工作，把建好的样机几何模型转换和导入到ADAMS/View环境中，生成虚拟样机并完成仿真分析。

1 基于的零件建模和整机装配

    三维实体建模是时下产品设计的主流方法，在众多三维CAD软件中，独树一帜，成为众多设计工作者首选的软件。挖掘机属于一种复杂的机械结构，考虑到所建立的三维模型导入到ADAMS中需要添加约束的数量，特别是ADAMS对于主要部件进行仿真分析所需要的时间和成功率，所以在中略去一些不需要分析的零部件几何模型的构建。这些部件的功能可以在ADAMS中添加约束、摩擦等操作来实现。这样可以减少ADAMS中零件的数量，同时减少零件间约束副的总数，从而可以减少ADAMS仿真所需的时间，并保证了仿真试验的成功率。

    按照是否存在相对运动(不考虑行走运动及该车换装其它工作装置时的工况)，将挖掘机工作部件划分为：动臂、斗杆、铲斗、铲斗摇杆、铲斗连杆、动臂液压缸、动臂液压缸活塞杆、斗杆液压缸、斗杆液压缸活塞杆、铲斗液压缸和铲斗液压缸活塞杆共11个大运动部件。

    在中分别建立各零件的模型，最后进行装配，得到该车主要部件的装配模型如图1。

    图1 主要部件的三维装配模型

2 基于ADAMS的仿真分析

    2.1 虚拟样机的建立

    ADAMS仿真有两种方式。第一种方式，是己知系统所受的力、载荷等动力学参量，求系统的速度、加速度、位移等运动学参量变化的情况；第二种方式，是己知系统的运动轨迹、加速度、位移等运动学参量，求系统的受力、载荷等动力学参量的变化情况。本文对该挖掘机的主要部件进行第二种方式的仿真，即取由动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸配合运动得到挖掘轨迹中的一部分，仿真中计算这几个液压缸的位移运动函数，求得各运动构件的运动学和动力学特性曲线。

    将中创建的三维实体模型导入到ADAMS环境中，两种软件必须具备相同的几何数据转换模块。对于，优先推荐Parasolid格式。具体操作为在中另存为Parasolid格式；在ADAMSNiew的欢迎界面中选择import a file，然后在file type中选择Parasolid格式并指定Parasolid格式文件的位置即可。