基于COSMOSMotion的装载机工作装置仿真分析

    轮式装载机工作装置是带有液压缸的空间多杆机构，工作装置设计水平的高低直接影响装载机作业的性能，进而影响整机工作效率。过去基本沿用类比法进行设计，工作烦琐、设计精度低、周期长，且不易获得各项性能指标都比较满意的方案。因此装载机的开发通常需要用物理样机来评价整机的综合性能，样机只能在开发后期制造装配，不能参与产品的早期开发评价过程，且物理样机生成周期长、成本高、修改困难。本文用建立装载机工作装置的虚拟样机模型，用COSMOSMotion软件对其进行仿真分析，有效地避免了物理样机开发模式存在的缺陷，使装载机工作装置的性能评价可在设计过程中完成，在制造之前发现并更正设计错误，完善设计方案，缩短了产品的开发周期，提高了设计质量。

    1工作装置的建模与仿真。

    1.1三维建模

    装载机工作装置由铲斗、动臂、摇臂、拉杆、前车架、转斗油缸缸筒、转斗油缸活塞杆、举升油缸缸筒、举升油缸活塞杆等构件组成。以某ZL20装载机为例，采用对装载机工作装置组成零件进行三维建模，然后以前车架为基础进行虚拟样机模型装配。在铲斗和动臂、铲斗与拉杆、拉杆与下摇臂、上摇臂与转斗油缸活塞杆、转斗油缸缸筒与前车架、举升油缸活塞杆与动臂、举升油缸缸筒与前车架以及动臂与前车架之间施加转动副约束;在转斗油缸缸筒与转斗油缸活塞杆、举升油缸缸筒和举升油缸活塞杆之间施加移动副约束;车轮与地面的移动用移动副模拟。装载机工作装置二维装配及运动仿真模型见图1。

    1.2仿真平台

    采用COSMOSMotion软件为装载机工作装置的仿真研究平台。COSMOSMotion是与无缝集成的全功能运动仿真软件，可以对复杂机械系统进行完整的运动学和动力学仿真。COSMOSMotion软件支持多种约束，包括转动副、移动副、圆柱副、球面副、万向节、螺纹副、平面副和固定约束，支持共点、共线、共面、平动、平行轴、垂直等虚约束。COSMOSMotion可分别按位移、速度或加速度定义各种运动，包括定值、步进、谐波、样条曲线和函数等运动。用COSMOSMotion可以建立各种复杂的实际系统的精确运动仿真模型，对运动仿真的结果，可以通过多种方式来研究，满足用户对运动仿真分析的各种需求。

    1.3仿真工况

    根据ZL20装载机的实际工作情况设定工作装置仿真时间为17s，开始铲斗沿料堆底部插人时间3s;上翻转装满铲斗时间2s;动臂液压缸运动举伸动臂的时间6s;转斗油缸反向运动卸载时间2s;工作装置返回时间4s。