畢業(yè)設計：基于ADAMS的液壓挖掘機工作裝置的模擬仿真分析全套

1、1緒論1.1液壓挖掘機發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1挖掘機的發(fā)展概況挖掘機械的最早雛形，遠在十六世紀于意大利威尼斯用于運河的疏浚工作。隨著 工業(yè)發(fā)展，科學技術的進步，單斗挖掘機也由于新技術、新工藝的采用而不斷地發(fā)展 改進，但它的基本工作原理至今未變。動力裝置以及控制方式的不斷革新，基本上反 映了挖掘機發(fā)展的以下幾個階段：1. 蒸汽機驅(qū)動的挖掘機，從發(fā)明到廣泛應用，大約經(jīng)歷了 100年。當時主要用于 開挖運河和修建鐵路。結構型式由軌道行走的半回轉式，發(fā)展到履帶行走的全回轉式。2. 挖掘機傳動型式的液壓化，是挖掘機由機械傳動型式的傳統(tǒng)結構發(fā)展到現(xiàn)代結 構的一次躍進。隨著液壓傳動技術的迅速發(fā)展，四十年代至五十年

2、代初挖掘機開始應用于液壓傳 動，并且由半液壓發(fā)展到全液壓傳動。 產(chǎn)量日益增長，六十年代初期液壓挖掘機產(chǎn)量 占挖掘機總產(chǎn)量的15%發(fā)展到七十年代初期占總產(chǎn)量 90流右，近年來，西歐市場 出售的挖掘機幾乎己全部采用液壓傳動。 與此同時，斗輪挖掘機、輪斗挖溝機等工作 裝置和臂架升降等部分也采用了液壓傳動。大型礦用挖掘機在基本傳動型式不變的情 況下，其工作裝置也改為液壓驅(qū)動。3. 控制方式的不斷革新，使挖掘機由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、 液壓伺服操作和電氣控制，無線電遙控。最近又出現(xiàn)了電子計算機綜合程序控制， 控 制人員可在遠離施工現(xiàn)場的集中控制室內(nèi)通過工業(yè)電視監(jiān)視數(shù)臺挖掘機工作。1.1

3、.2液壓挖掘機的發(fā)展趨勢液壓挖掘機在工業(yè)與民用建筑、道路建設、水力、礦山、市政工程等土石施工中 均占有重要位置。并反映了這些部門的施工機械化水平。是交通運輸、能源開發(fā)、城 鎮(zhèn)建設以及國防施工等各項工程建設的重要施工設備，是國民經(jīng)濟建設迫切需要的裝備。重視和加速挖掘機改進創(chuàng)新，穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足用戶需求，對加速現(xiàn)代化 工程建設有著重大的意義。一. 液壓挖掘機國外發(fā)展現(xiàn)狀液壓挖掘機的生產(chǎn)水平反映機械化施工的水平和能力。 國外，特別是西歐幾個國 家從50年代開始研制液壓挖掘機，到60年代中小型液壓挖掘機已成批生產(chǎn);70年代 初液壓挖掘機斗容己發(fā)展到8m3，開始進入礦山開采;80年代大型液壓挖掘機

4、技術已成熟，生產(chǎn)斗容16-35 m3，機重達650t。目前國外已停止斗容在8m3以下機械挖掘 機的生產(chǎn)，斗容大于16m3的液壓挖掘機是機械挖掘機的強大競爭對手。國外各制造 公司正在研制微機控制的智能化液壓挖掘機，并有所突破。建筑和礦用液壓挖掘機的 銷售量在機械設備市場上占有顯著的地位。據(jù)不完全統(tǒng)計，1990年建筑和礦用設備在全球銷售額約為450億美元，而液壓挖掘機的銷售額以100億美元高居榜首。據(jù)推 測，大型和微型液壓挖掘機年增長率分別為 24唏口 35% 1990年全世界建筑和礦用液 壓挖掘機（履帶式）的產(chǎn)量已達9.23萬臺，其中76%!日本生產(chǎn)的，歐洲產(chǎn)量占有17% 近年來，大型液壓挖掘機

5、越來越多地占領了機械挖掘機的市場。液壓挖掘機逐步取代機械式挖掘機是必然的趨勢。二. 液壓挖掘機國內(nèi)發(fā)展概況我國從1958年開始研制液壓挖掘機，逐步形成了 1-2.5 m3小型液壓挖掘機系列， 具有一定生產(chǎn)規(guī)模，斗容1-7.5 m3，的液壓挖掘機年產(chǎn)量超過1000臺。1983年以后 采用引進技術方式進行生產(chǎn)，加快了液壓挖掘機的發(fā)展，上海建筑機械廠按德國利伯 赫爾公司許可證生產(chǎn)了 R942,相繼又生產(chǎn)了 R962 R972 R982等液壓挖掘機。杭州 重機廠與德國德馬克公司合作生產(chǎn) H55和H85等液壓挖掘機。太原重型機器廠與德馬 克公司合作生產(chǎn)H121型液壓挖掘機。北京建筑機械廠引進德國0&K公

6、司制造技術生產(chǎn)HR6型液壓挖掘機。所有這些與國外合作生產(chǎn)德液壓挖掘機比國內(nèi)現(xiàn)用的液壓挖掘 機生產(chǎn)效率高25%機重輕10%國產(chǎn)化率逐年提高，設備利用率為 90%長江挖掘 機廠在引進國外技術的基礎上生產(chǎn)斗容1.62.5m3的WY160型液壓挖掘機，采用Deutz公司柴油機、Mannemsna公司減速機和液壓元件。裝有正鏟、反鏟、梅花抓斗 等多種工作裝置。天津工程機械研究所與泰安工程機械廠生產(chǎn)的腳32型液壓挖掘機，機重32t于1993年8月通過鑒定。該機結構緊湊、機動靈活、生產(chǎn)效率高。能充分 利用發(fā)動機功率、節(jié)能效果好。但目前國產(chǎn)液壓挖掘機數(shù)量少，多為斗容2.5 m3以下 的小型設備，中型設備較少，

7、大型設備在我國尚屬空白。從品種、規(guī)格、數(shù)量上滿足 不了國內(nèi)市場需要。從產(chǎn)品技術水平、可靠性、制造質(zhì)量與國外液壓挖掘有較大差距。 對于大中型液壓挖掘機尚處于經(jīng)驗設計階段。試驗研究工作薄弱，短期內(nèi)難以完成設計開發(fā)工作。柴油機、液壓和密封元件等配套件的質(zhì)量和可靠性差，使用壽命短。高 強度的原材料缺乏，制造技術落后，裝備水平低。計算機技術在液壓挖掘機上應用正 在研制過程中。需要解決的關鍵技術較多：如履帶行走裝置中履帶板和鏈軌節(jié)的軋制 和模鍛技術；支重輪、托輪均采用浮動密封，其制造技術、耐磨技術和密封技術；鏟斗 設計合理性、耐磨性以及高強度鋼板焊接技術；液壓系統(tǒng)和元件的設計技術、大尺寸 高壓油缸的制造技

8、術；電子監(jiān)控與檢測技術；整機性能參數(shù)的測試技術，大型結構件加 工質(zhì)量控制與制造技術等基礎技術和關鍵技術靠自行研制和測繪仿制勢必曠日持久， 滿足不了國民經(jīng)濟重點工程發(fā)展的需要?？v觀我國液壓挖掘機30余年的發(fā)展歷史，大致可以分成以下幾個階段：1 開發(fā)階段（1967年1977年）。以測繪仿制為主的開發(fā)，通過多年堅持不懈的努力，克服一個一個的困難，有少 量幾種規(guī)格的液壓挖掘機終于獲得初步成功，為我國挖掘機行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了 重要的一步。2. 液壓挖掘機發(fā)展、提高并全面替代機械挖掘機階段 （19781986年）。這個階段通過各主機生產(chǎn)廠引進技術（主要是德國挖掘機制造技術）的消化、吸收 和移植，使我國

9、液壓挖掘機產(chǎn)品的性能指標全面提高到國際 70年代末80年代初期的 水平。全國液壓挖掘機平均年產(chǎn)量達到 1230臺。3. 液壓挖掘機生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量增加，新加入挖掘機行業(yè)的國有大、中型企業(yè)以技貿(mào) 結合，合作生產(chǎn)方式聯(lián)合引進日本挖掘機制造技術 （1987年1993年）。由于國內(nèi)對挖掘機需求量的不斷提高，新加入挖掘機行業(yè)的企業(yè)通過開發(fā)和引進 挖掘機制造技術，其產(chǎn)品批量或小批量的投放國內(nèi)市場或出口， 打破了多年來主要由 六大家挖掘機生產(chǎn)企業(yè)壟斷國內(nèi)挖掘機市場的局面，引進了有益于提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能和產(chǎn)量的良性競爭。這個期間國內(nèi)液壓挖掘機的年均產(chǎn)量提高到2000余臺。4. 國內(nèi)液壓挖掘機供需矛盾日益擴大，廣大

10、用戶為了提高施工質(zhì)量和按期完成施工任務，對使用高質(zhì)量、高水平、高效率挖掘機的興趣日趨濃厚。國外各著名挖掘機 制造廠商紛紛前來中國創(chuàng)辦合資、獨資挖掘機生產(chǎn)企業(yè)（1994至今）。從1994年開始，特別到1995年在我國挖掘機行業(yè)掀起了一股不小的合資浪潮。 其中美國卡特彼勒公司率先在徐州金山橋開發(fā)區(qū)建立了生產(chǎn)液壓挖掘機的合資企業(yè)， 隨后日本小松制作所、日立建機株式會社、神戶制鋼所、韓國大宇重工業(yè)、現(xiàn)代重工 業(yè)以及德國利勃海爾公司等都相繼在中國建立了合資、獨資挖掘機生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)具有世界先進水平的多種型號和規(guī)格的液壓挖掘機。三. 挖掘機開發(fā)重點方向當前液壓挖掘機的研制和改進，主要著眼于：1 發(fā)動機功率

11、的充分有效利用，通過各種途徑使機械多做有效的功，其中包括 動力裝置與液壓系統(tǒng)的最佳匹配， 傳動效率的提高，回轉機構功率的回收，高效液壓 系統(tǒng)（如恒壓恒功率調(diào)節(jié)等）的研究等。2 鏟斗挖掘力的充分發(fā)揮，挖掘力大小和有效作用范圍是衡量各種液壓挖掘機工作能力的重要指標，大型礦用反鏟挖掘機更為重要，目前是通過工作裝置鉸點最佳 位置，采用高壓與超高壓技術，提高整機穩(wěn)定性和采用隨動機構使鏟斗隨動做恒角切 削等方面進行研究。根據(jù)上述發(fā)展要求，新研制的液壓挖掘機在整機、工作裝置、液 壓系統(tǒng)與元件、行走裝置、操縱系統(tǒng)和材料作用等方面有很多發(fā)展動向，下面主要談 一下前兩個方面的內(nèi)容：整機液壓挖掘機的整機發(fā)展，趨向于

12、大型化、微型化、多能化和專用化。大型礦用全液壓挖掘機在短短幾年內(nèi)已由100噸發(fā)展到420噸級，功率提高到2352馬力，斗容達30米，目前發(fā)展仍是方興未艾。大型機的特征是動力源采用兩臺 或多臺柴油機聯(lián)合驅(qū)動，采用了節(jié)省能源、回收功率和積蓄能等功率有效利用的措施。結合城市建設和農(nóng)村建筑的需要，國外發(fā)展了微型挖掘機，斗容量一般在0.25米以下，最小的達0.01米。微型機的特點是結構簡單，輕便靈活，零部件盡量提高 標準化程度。數(shù)量最龐大的中型機和小型機趨于一機多能的途徑，有的國家統(tǒng)計，非建筑用的中、小型機已占30%左右，主要是在冶金工業(yè)和林業(yè)中作物料裝卸和其他用 途。中型機和小型機的特點是發(fā)展多種專業(yè)

13、裝置進行不同的作業(yè)(也有通過液壓接頭，帶動裝在工作裝置旁的油馬達，驅(qū)動另一輸送設備 )，不斷提高性能，貫徹三化和提 高單位機重的功率等。發(fā)展專門用途的特種挖掘機，可以提高工作效率，解決特殊施 工困難，例如，目前發(fā)展有步履式、履帶低壓式、低噪音、水下專用、水陸兩用等品 種。配合水下資源的開發(fā)，對水下專用挖掘機更較重視，開展了無線電遙控、電液遙 控和同步顯示控制技術在水下挖掘機中應用的研究。(2)工作裝置液壓工作裝置的型式進一步擴大，除了常用的正鏟、反鏟以外，發(fā)展了起重、抓 斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊工 具、集裝叉、高空作業(yè)架、絞盤與拉鏟等幾十種品種。

14、工作裝置的更換快速而簡便， 甚至在司機室內(nèi)按動電鈕，幾秒鐘即可換好，并且通過挖掘過程的研究，來控制工作 裝置的挖掘軌跡。目前正在研究連桿式、仿形式、套筒伸縮式、斗桿追隨式和具有運 算輸入裝置的軌跡控制裝置。展望未來，液壓挖掘機的進一步發(fā)展，可以設想為 ：1. 提高功率與機重的比率，這是最關鍵的內(nèi)容。采用特種高強度鋼材，設計重量 輕、強度高的挖掘機，并用優(yōu)化設計方法達到機械各項指標的均衡。2. 鏟斗和斗齒引用振動技術，不用強力而增大貫入性，加大斗容量。礦用挖掘機 具有特種裝置，可以直接開挖一般礦石，而毋需爆破。采用功率可調(diào)的激光裝置進行 挖掘。3. 用燃氣輪機取代活塞式柴油機， 燃氣輪機直接與高

15、壓油泵相連。然而，由于環(huán) 境保護的原因，燃氣輪機最后將被燃料電池所取代，由燃料電池發(fā)電驅(qū)動液壓挖掘機。4. 液壓系統(tǒng)將會簡化，執(zhí)行元件的運動直接由油泵控制， 而不用換向操縱閥。工 作裝置各鉸點裝以密封式擺動油馬達，取代工作油缸。5. 帶行走裝置增加行駛速度，重新設計行走傳動，不用常規(guī)的剛性車架。采用氣 墊行走支承裝置代替履帶，減少接地比壓，便于定位。圖1-1反鏟裝置結構簡圖1.2液壓挖掘機反鏟裝置的結構及工作特點歡迎選擇交易三大活動等著你：匕在豆丁價格基礎上享受8折優(yōu)惠口2*多數(shù)畢業(yè)設計全糞贈送（說明書，圖紙，開題報告等）o 3英文翻譯為PDF （英文）+Word （中文）文件。 淘寶店 網(wǎng)址

16、:http:/shop60（）28124+ 爲m” ：淘金v新天本人晚上o點前在線由于精力有限，不做畢設，望諒解!液壓挖掘機的作業(yè)過程是以鏟斗的切削刃（通常裝有斗齒）切削土壤并將土裝入 斗內(nèi)。斗裝滿后提升，回轉到卸土位置進行卸土。卸完后鏟斗再轉回并下降到挖掘面 進行下次挖掘。當挖完一段土后，機械移位，以便繼續(xù)工作。1.2.1液壓挖掘機反鏟裝置的結構組成液壓挖掘機為了實現(xiàn)上述周期性作業(yè)動作的完成，裝備有下列基本組成部分： 工作裝置、回轉機構、動力裝置、傳動操作機構，行走裝置和輔助設備。本文主要對 工作裝置的反鏟裝置進行分析。 反鏟裝置是中小型液壓挖掘機的主要工作裝置。目前廣泛應用的斗容量在1.6

17、m以下。它由斗桿油缸1、斗桿2、動臂3、鏟斗油缸4、動 臂油缸5、搖桿&連桿7和鏟斗8組成,如圖1-1，其構造特點是各部件之間的聯(lián)系 全部采用鉸接，動臂下鉸點鉸接在轉臺上，利用動臂油缸的伸縮，使動臂繞動臂下鉸 點轉動，依靠斗桿油缸使斗桿繞動臂的上鉸點擺動。 而鏟斗鉸接于斗桿前端，并通過 鏟斗油缸和連桿使鏟斗繞斗桿前鉸點轉動。為增大鏟斗轉角，通常以連桿機構與鏟斗連接。從而通過油缸的伸縮來實現(xiàn)挖掘過程中的各種動作。122液壓挖掘機反鏟裝置的工作特點液壓挖掘機的反鏟裝置主要用于挖掘停機面以下土壤（基坑、溝壕等）。其挖掘軌 跡決定于各油缸的運動及其相互配合情況。通常情況下，分為動臂挖掘、斗桿挖掘、轉斗

18、挖掘等幾種情況：1. 動臂挖掘：當采用動臂油缸工作來進行挖掘時（斗桿和鏟斗油缸不工作）可以得到最大的挖掘半徑和最長的挖掘行程。此時鏟斗的挖掘軌跡系以動臂下鉸點為中心， 斗齒至該鉸點的距離為半徑所作的圓弧線。其極限挖掘高度和挖掘深度（不是最大挖掘深度）即圓弧線之起終點，分別決定于動臂的最大上傾角和下傾角（動臂與水平線之 夾角），也即決定于動臂油缸的行程。由于這種挖掘方式時間長而且由于穩(wěn)定條件限 制挖掘力的發(fā)揮，實際工作中基本上不采用。2. 斗桿挖掘：當僅以斗桿油缸工作進行挖掘時，鏟斗的挖掘軌跡為圓弧線，弧線 的長度與包角決定于斗桿油缸的行程。 當動臂位于最大下傾角，并以斗桿油缸進行挖 掘工作時，

19、可以得到最大的挖掘深度尺寸，并且也有較大的挖掘行程。在較堅硬的土 質(zhì)條件下工作時，能夠保證裝滿鏟斗，故挖掘機實際工作中常以斗桿油缸工作進行挖 掘。3. 轉斗挖掘：當僅以鏟斗油缸工作進行挖掘時，鏟斗的挖掘軌跡也為圓弧線，弧線的包角及弧長決定于鏟斗油缸的行程。顯然，以鏟斗油缸工作進行挖掘時的挖掘行 程較短，如使鏟斗在挖掘行程結束時裝滿土壤， 需要有較大的挖掘力以保證能挖掘較 大厚度的土壤。所以一般挖掘機的斗齒最大挖掘力都在采用鏟斗油缸工作時實現(xiàn)。采 用鏟斗油缸挖掘常用于清除障礙，挖掘較松軟的土壤以提高生產(chǎn)率。因此，在一般土 方工程挖掘中，轉斗挖掘較常采用。在實際挖掘工作中，往往需要采用各種油缸的聯(lián)

20、合工作。 如當挖掘基坑時由于挖 掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑壁時，則需采用動臂與斗桿兩種油缸的同時 工作，當挖掘坑底，挖掘行程將結束為加速將鏟斗裝滿土， 以及挖掘過程需要改變鏟 斗切削角等情況下，則要求采用斗桿與鏟斗油缸同時工作。雖然此時挖掘機的挖掘軌 跡是由相應油缸分別工作時的軌跡組合而成。 顯然，這種動作能夠?qū)崿F(xiàn)還決定于液壓 系統(tǒng)的設計。當反鏟裝置的結構形式及結構尺寸己定時（包括動臂、斗桿、鏟斗尺寸、鉸點置，圖1-2反鏟裝置工作示意圖相對的允許轉角或各油缸的行程等），即可用作圖法求得挖掘機挖掘軌跡的包絡圖， 即挖掘機在任一正常工作位置時所控制到的工作范圍（如圖1-2），圖上各控制尺

21、寸即液壓挖掘機的工作尺寸。對于反鏟裝置主要的工作尺寸為最大挖掘深度和最大挖掘 半徑。包絡圖中可能有部分區(qū)間靠近甚至深入到挖掘機停機點底下，這一范圍的土壤雖可挖及，但可能引起土壤的崩塌而影響機械的穩(wěn)定和安全工作，除有條件的挖溝作業(yè)外一般不使用。挖掘機反鏟裝置的最大的挖掘力決定于液壓系統(tǒng)的工作壓力、油缸尺寸，以及各油缸間作用力之影響（斗桿、動臂油缸的閉鎖壓力及力臂）外，還決定于 整機的穩(wěn)定和地面附著情況。因此反鏟裝置不可能在任何位置都能發(fā)揮最大挖掘力。1.3反鏟裝置的設計原則1. 主要工作尺寸及作業(yè)范圍的要求，在設計時應考慮與同類型相比時的先進性, 性能與主參數(shù)應符合國家標準之規(guī)定。2. 滿足整機

22、挖掘力大小及分布情況的要求3. 功率利用情況好，理論工作循環(huán)時間短。4. 確定各個鉸點布置，結構形狀應盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證剛度和強度的 前提下，重量越輕越好。5. 應考慮到通用性和穩(wěn)定性。6. 運輸或停放時應有合理的姿態(tài)。7. 液壓缸設計應考慮三化，采用系列參數(shù)。8. 工作裝置應安全可靠，拆裝方便。9. 滿足特殊使用要求。1.4課題的主要內(nèi)容及研究意義自20世紀80年代以來，隨著國外一些先進軟件進入我國，挖掘機的軟件化分析 逐漸發(fā)展起來，并已初具規(guī)模。在眾多的軟件中，運用比較多的有ANSYSADAM、DADS MEDYN等。目前對挖掘機進行分析，其所做的工作涉及很多方面，這里主要 歸納

23、一下關于挖掘機工作裝置的分析：對工作裝置的運動分析，是其他分析與設計（如 控制）的基礎。歷來這方面的研究都在不斷進行，研究的成果很多，理論基礎也比較 成熟。本論文主要利用ADAM軟件對液壓挖掘機反鏟裝置進行運動學分析，在研究過程 中，主要完成以下內(nèi)容：1. 對挖掘機反鏟裝置各參數(shù)進行分析，并推導出反鏟裝置的各個構件鉸點的位置 坐標，這是進行反鏟裝置分析的基礎；并且進行了運動學分析。2. 運用ADAM的 View模塊，建立簡化的反鏟裝置模型并對其參數(shù)化，在此基礎 上對鏟斗連桿機構進行運動仿真，獲得了挖掘機鏟斗齒尖的運動軌跡圖，從而得到最 大卸載高度、最大挖掘半徑、最大挖掘高度等基本工作性能參數(shù)。

24、2液壓挖掘機反鏟裝置的分析某液壓挖掘機反鏟裝置的結構簡圖如下:圖2-1挖掘機反鏟裝置結構簡圖表2-1挖掘機構桿長符號CFFQQVACCDCBDFEFGFli :I2I3I5l6r I7l8l8I10尺寸（mm）25601745907453107016161608420349符號EGMNGNFNNQBFKQKVMKliiI14I15I16I21I22I24I25I29尺寸（mm）580375144015501959442451045333表2-2油缸尺寸符號ABDEGMUCACL1L2L3OG尺寸（mm）MinMaxMinMaxMinMaxXCYC119720321180178011941969

25、95400630整機工作性能參數(shù):1.鏟斗容量0.8 m3 ；2. 最大挖掘深度7.00 m ;3. 最大挖掘高度2.36 m ;4. 最大挖掘半徑7.00 m ;5. 最大卸載高度1.40 m。2.1反鏟裝置運動學分析反鏟裝置的幾何位置取決于動臂油缸的長度 L1 ,斗桿油缸的長度L2和鏟斗油缸的 長度L3。當L1、L2、L3為一組定值時，便有斗齒尖坐標(Xv, YV)的一組值與其對應; 反之，對于Xv和尙的一組定值卻有許多組L1、L2、L3值與其對應。2.1.1動臂機構動臂擺角/ UCF是動臂油缸L1的函數(shù)。動臂上任意一點在任一時刻的位置坐標也 都是L1的函數(shù)。動臂的擺角/ UCF和各點瞬時

26、位置坐標，如圖2-2 :圖2-2動臂機構計算簡圖 一.動臂的擺角/ UCFa =/ UCA=5 ; / ACUa /180 X pi ;/ACB=arccos(l| + I2 - l1)/(2 XI5 XI7);/ BCU/ ACU/ ACB/ BCF=arccos( I/ UCF2 BCU-/ BCF;l22)/(2 X l7 X |i )；(2-1 )由此我們可以得到動臂的擺角，其隨著動臂油缸的變化而變化二.各點瞬時位置坐標：1.F點坐標：Xfc=Ii Xcos( / UCF);YFc=Ii Xsin( / UCF);Xfc = Xc + Xfc ；Y = YC + YFC ；(2-2)2

27、. A點坐標：Xa=Xc + l5 Xcos( Z ACU；3. B點坐標：Xb=Xc + l7 Xcos( Z BCU);YA=Yc+l5 Xsin( Z ACU)(2-3)YB=YC+l7 Xsin( Z BCU)(2-4)4.D點坐標：/ FCD=arccos(l26X|6 Xl1) ； Z UCDM UCF+T FCDXD=XC + l6 Xcos( Z UCD)YD=YC+l6 Xsin( Z UCD)(2-5)由此可得在最大挖掘半徑，即動臂油缸L1=1630mm寸，A、B D F的位置坐標(如表2-3)，這為后面利用ADAM軟件進行建模提供了依據(jù)，按同樣方法可得到其他點 的坐標值。

28、表2-3與動臂相關點的位置坐標變量名稱XaYaXbYbXdYdXf詐Z UCF值(mrh3501150200095013501280295010505702.1.2斗桿機構斗桿的位置參數(shù)是動臂油缸和斗桿油缸的函數(shù)。這里暫先討論斗桿相對于動臂的 運動，也即只考慮的影響。斗桿機構與動臂機構性質(zhì)類似，它們都是四連桿機構，但 連桿比不同。斗桿相對于動臂的擺角Z CFC和各點的瞬時位置坐標(圖2-3):一.斗桿相對于動臂的擺角Z CFQ/ DFE=arccos( l8 +X8XXZ CFD=arccos(l2 + R - l6)/(2 x|8 x|1)；/ EFG=arccos(l/ NFG=arcco

29、s(lo219XXoXX/ NFQ=arccos(l2 + 1% -(2-6)/ CFN=X pi- Z CFD-Z GFE-Z EFG-Z NFG; Z CFQZ CFN-Z NFQ;二.各點瞬時位置坐標：1.N點坐標：f22CN |i |i6 2 |i |i6 cos( CFN)2 2 2NCF arccos(CN 11Xn Xc CN ( UCN ); YnYc CN sin( UCN )2. E點坐標：/ UFC=pi/2- / UCF/ UFD2 UFCy CFD/ UFEW UFDy DFEXe = Xf - l9 Xcos(/ UFE- pi/2 );YE = Yf + b Xs

30、in( / UFE- pi/2 );(2-7)3. G點坐標：/ UFG=2 X pi-( / UFE+ / EFG) ;Yg = Yf + l10 Xsin( / UFG- pi/2 )(2-8)表2-4斗桿機構相關點的位置坐標變量名稱XnYnXeYeXgYg/ CFQ值(mm4450700215012503150135015802.1.3鏟斗機構鏟斗相對于斗桿的擺角/ UQV和各點的瞬時位置坐標一.鏟斗相對于斗桿的擺角/ UQV/ KQV=arccos(l3XI24UQN=2/ UQN=arccos(XQ - XN)/l 21); / UQMH UQNa4 ；X R- (/ UQN- oa

31、 - a6 / KQV)(2-9)二.各點瞬時位置坐標：1.Q點坐標：Xq = XC +CQ x cos( / UCQ); YQ = YC +CQ x sin( / UCQ);(2-10)2. M點坐標：Xm = Xq+126 xcos( / UQM); Ym = Yq+G xsin( / UQM；(2-11)3. K點坐標：/ UQKM UQN-a4 - a ;Xk = Xq+124 xcos( / UQK); Y = Yq+124 xsin( / UQK)(2-12)4. V點坐標：Xv = Xq+13 xcos( / UQV); Yv = Yq+13 xsin( / UQV)(2-13)

32、利用V點的坐標式可以算出當油缸長度和為任意一組值時斗齒尖的位置坐標。由此可得當 L1=1630mm L2=1180mm L3=1194mm寸，Q M K V點的坐標，如下表。表2-5鏟斗相關的點的位置坐標變量名稱XqYqXmYqXxYxXvYv/ UQV值（mrh465065041509504500900555070013203基于ADAM軟件的虛擬仿真分析3.1虛擬樣機技術及其發(fā)展企業(yè)要提高競爭力，必須縮短新產(chǎn)品研制和開發(fā)周期，同時提高產(chǎn)品的設計質(zhì)量 和降低開發(fā)成本，這樣才能滿足市場不斷變化的需求。新產(chǎn)品的開發(fā)與研制往往涉及許多相關學科，例如液壓挖掘機的設計涉及機械、 液壓傳動、電液控制、人

33、機工程和外觀造型等，而一個綜合最優(yōu)解必須兼顧各個學科。 因此開發(fā)過程中制造的，用來獲取產(chǎn)品綜合性能評價和直觀感受的產(chǎn)品樣機是產(chǎn)品創(chuàng) 新中的重要支撐因素，而傳統(tǒng)物理樣機開發(fā)模式在人力物力上的巨大浪費往往與產(chǎn)品 的復雜程度成正比，虛擬樣機技術就是在這種迫切需求的驅(qū)動下產(chǎn)生的。3.1.1虛擬樣機技術簡介隨著世界經(jīng)濟和科學技術的飛速發(fā)展，市場全球化和競爭的日益激烈。企業(yè)為了提高競爭力，必須縮短新產(chǎn)品研制和開發(fā)，提高產(chǎn)品的設計質(zhì)量，降低產(chǎn)品的研發(fā)成 本，進行創(chuàng)新性設計，這樣才能滿足市場不斷變化的需求。虛擬樣機技術 (Virtual Prototypi ng)就是在這種迫切需要的驅(qū)動下產(chǎn)生的。虛擬樣機技術

34、(Virtual Prototyp ing Tech nology) 是指在產(chǎn)品設計開發(fā)過程中，將分散的零部件設計和分析 技術(指在某一系統(tǒng)中零部件的CAD和 FEA技術)柔和在一起，在計算機上建造出產(chǎn)品 的整體模型，并針對該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進行仿真分析，預測產(chǎn)品的整體性能，進而改進產(chǎn)品設計、提高產(chǎn)品性能的一種新技術。3.1.2虛擬樣機技術產(chǎn)生背景隨著人類邁進21世紀，經(jīng)濟貿(mào)易全球化和我國加入 WTO產(chǎn)品消耗結構不斷向 多元化、個性化方向發(fā)展。面對無法預測、持續(xù)發(fā)展的市場需求，要想在競爭日趨激 烈的市場上取勝，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本以及對市場的靈活反應成 為競爭者們所追

35、求的目標。然而，傳統(tǒng)的設計與制造方法無法滿足這些要求。傳統(tǒng)的設計與制造過程中，首先是概念設計和方案論證，然后進行產(chǎn)品設計。設 計完成后，為驗證設計，通常要制造樣機進行實驗，有時實驗甚至是破壞性的。當通 過實驗發(fā)現(xiàn)缺陷時，又要修改設計并再用樣機驗證。只有通過周而復始的設計-實驗 -設計過程，產(chǎn)品才能達到要求的性能。這一過程是冗長的，尤其對于結構復雜的系 統(tǒng)。樣機的單機手工制造增加了成本。在大多數(shù)情況下，工程師為了保證產(chǎn)品按時投放市場而中斷這一過程，使產(chǎn)品在上市時便有先天不足的毛病。在競爭的市場背景下，基于實際樣機的設計驗證過程嚴 重地制約了產(chǎn)品的質(zhì)量的提高、成本的降低和對市場的占有。為了克服傳統(tǒng)

36、機械設計 制造過程的弊端，縮短設計制造周期，降低成本，一種新的技術應運而生，這就是虛 擬樣機技術。3.1.3虛擬樣機的提出及相關概念1. 虛擬樣機技術的提出企業(yè)要提高竟爭力，必須縮短新產(chǎn)品研制和開發(fā)周期，同時提高產(chǎn)品的設計質(zhì)量 和降低開發(fā)成本，這樣才能滿足市場不斷變化的需求。新產(chǎn)品的開發(fā)與研制往往涉及許多相關學科，例如液壓挖掘機的設計涉及機械、 液壓傳動、電液控制、人機工程和外觀造型等，而一個綜合最優(yōu)解必須兼顧各個學科。 因此，開發(fā)過程中制造的，用來獲取產(chǎn)品綜合性能評價和直觀感受的產(chǎn)品樣機是產(chǎn)品 創(chuàng)新中的重要支撐要素。而傳統(tǒng)物理樣機開發(fā)模式在人力物力上的巨大浪費往往與產(chǎn) 品的復雜程度成正比，虛

37、擬樣機技術就是在這種迫切需求的驅(qū)動下產(chǎn)生的。虛擬樣機中的所謂“虛擬”，是相對于實際的物理樣機而言的，體現(xiàn)了樣機的數(shù) 字化。虛擬樣機技術就是不必建造物理樣機， 設計師直接利用計算機技術建立產(chǎn)品整 機的數(shù)字模型，通過仿真分析并以圖形顯示該模型在真實工程條件下的運動特性，從而修改并得到最優(yōu)設計方案的技術。 虛擬樣機技術是一門綜合學科的技術， 該技術以 CAD和仿真技術為核心，加以三維計算機圖形技術和用戶界面技術，將傳統(tǒng)松散關系 的零部件設計和分析（例如零件CAD和有限元分析）集成在一起，提供一個全系統(tǒng)研究 產(chǎn)品性能的方法。在整個設計過程中都可反饋信息，指導設計，迅速獲得產(chǎn)品最優(yōu)解。2. 虛擬樣機技術

38、的概念虛擬樣機有兩種提法:Virtual Prototype 和Virtual Prototyping前者是相對物理樣機而言，可以液壓挖掘機虛擬樣機系統(tǒng)仿真分析定義為利用計算機仿真技術建 立的，取代物理樣機進行評估和測試獲取候選設計方案特性的等效數(shù)字模型，是存在于計算機中的參數(shù)化“軟模型”，它能像物理樣機一樣，反映最終產(chǎn)品的外觀、結構、 動力學和運動學等綜合特性。后者是指為了測試和評價一個系統(tǒng)方案的設計，使用上 述虛擬樣機技術的過程。目前所泛指的虛擬樣機包含以上兩部分內(nèi)容，簡稱VP。虛擬樣機環(huán)境是指包含虛擬樣機，將CAD實體造型技術、系統(tǒng)仿真、人機交互技 術等集成，形成的一個支持虛擬產(chǎn)品設計的

39、集成仿真環(huán)境。Jasnoch和Kress從并行工程方法角度理解，認為虛擬樣機環(huán)境是將多個 CACH程、知識推理過程等，通過計 算機支持的協(xié)同工作技術（CSCW）用戶界面技術、設計過程管理和文檔化技術集成起 來，形成一個分布式環(huán)境以支持產(chǎn)品設計過程中的并行工程方法。虛擬樣機技術正是以虛擬樣機和虛擬樣機環(huán)境為基礎，將系統(tǒng)工程方法、反求工程方法、優(yōu)化方法、計算機建模仿真技術、計算機輔助設計技術和計算機支持協(xié)同工作(CSCW)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)等有機地結合在一起，為產(chǎn)品的全壽命周期設計和評 估提供分布式的集成環(huán)境，以達到優(yōu)化整個設計周期，節(jié)約開發(fā)成本的目的。3.1.4虛擬樣機技術的特點1. 虛擬樣

40、機功能組成虛擬樣機技術實現(xiàn)必備的三個相關技術領域是:CAD技術、計算機仿真技術和以虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR)為最終目標的人機交互技術。虛擬樣機生成的前提是虛擬部件的“制造”。成熟的CAD三維幾何造型軟件能快 速、便捷地設計和生成三維造型。虛擬部件必須包含顏色、材質(zhì)、外表紋理等外在特 征以顯示真實的外觀，同時還必須包含質(zhì)量、重心位置、轉動慣量等內(nèi)在特征以進行 精確的機械系統(tǒng)動力學仿真運算。CAD生成的三維造型數(shù)據(jù)必須導入虛擬樣機環(huán)境， 在虛擬樣機環(huán)境中能被測量和裝配，并能顯示出三維的外觀造型后才能成為真正意義 上的虛擬部件。CAD三維造型還是實現(xiàn)從虛擬部件“制造”到現(xiàn)實

41、部件制造的基礎。 虛擬樣機是代替物理樣機進行檢測的數(shù)學模型，它的內(nèi)核是包含組成整機的不同學科 子系統(tǒng)的大模型，即Digital Mock-Up,簡稱DMU由于DMI同時包含產(chǎn)品涉及的所有 學科，提供多個視角同時對產(chǎn)品的外形、功能等多方面進行科學、連貫的評價，因此 通過虛擬樣機能進行產(chǎn)品綜合性能評測。傳統(tǒng)設計方法注意力集中于單學科，重視子 系統(tǒng)細節(jié)而忽略整機性能，就是因為無法多視角對產(chǎn)品綜合性能進行評定。虛擬樣機必須具備交互的功能。設計師通過交互界面對參數(shù)化“軟模型”進行控 制，實現(xiàn)虛擬樣機原型多樣化。而虛擬樣機反過來通過動畫、曲線和圖表等方式向設 計師提供產(chǎn)品感知和性能評價。 虛擬現(xiàn)實環(huán)境下，

42、除應用上述傳統(tǒng)方式外，設計師還 能通過修改虛擬部件的參數(shù)，對虛擬部件重新裝配，生成新的虛擬樣機。虛擬樣機仿 真模型則通過力反饋操縱桿等傳感裝置向設計師傳遞虛擬樣機操縱力感，通過立體眼鏡向設計師提供實時的立體圖像。有了這些人類對產(chǎn)品的直觀感知，能使設計師產(chǎn)生 強烈的“虛擬現(xiàn)實”沉浸感(immersive)，協(xié)助設計師和用戶對產(chǎn)品性能做出評價。 計算機網(wǎng)絡、計算機支持的協(xié)同工作技術(CSCW)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDW和知識管理是 虛擬樣機技術實現(xiàn)的重要底層技術支撐。通過這些技術將產(chǎn)品的各個設計、分析小組 人員聯(lián)系在一起，共同完成新產(chǎn)品從概念設計、初步設計、詳細設計直到方案評估整 個開發(fā)過程。2. 虛擬

43、樣機的生成流程第一階段：產(chǎn)生描述虛擬部件的CAD數(shù)據(jù)，并作針對實時應用的預處理。CAD數(shù)據(jù)可采用反 求工程方法從現(xiàn)有產(chǎn)品上獲取或直接在 CADE維造型軟件中設計產(chǎn)生。通常的網(wǎng)格格 式(mesh-models)須轉換為實體格式(volume models)以獲取外觀表面特征及質(zhì)量、 重心等內(nèi)在特征。虛擬樣機設計的目的是將包含 CAD造型的數(shù)學模型在計算機上進行仿 真試驗，得到可用于效能評估的樣機仿真運行數(shù)據(jù)，一般需要實時或半實時特性。但CAD數(shù)據(jù)非常復雜，包含許多零件細節(jié)，這與實時仿真時圖形的快速處理相矛盾，因 此最后輸出的CAD數(shù)據(jù)應適當簡化。常用方法是在不影響視覺效果和仿真計算精度的 條件下

44、減少構成實體造型的多邊形數(shù)目。第二階段：是針對DMI仿真的需要對CAD幾何造型進行后處理。首先是對模型的幾何部件進 行分層管理，以支持對每個零部件的交互訪問，實現(xiàn)參數(shù)修改。其次是給零部件添加 顏色、材質(zhì)等屬性，賦予虛擬部件的真實外觀；最后為CAD幾何造型準確導入到虛擬 仿真環(huán)境中進行處理，建立參考坐標系。第三階段：是將處理好的CADE維模型連接到虛擬樣機內(nèi)核 DMI上，使之與己定義的運動聯(lián) 接(Joints)、運動約束(Constraints)的機構系統(tǒng)以及其他子系統(tǒng)聯(lián)系在一起，最后 在虛擬仿真環(huán)境中生成虛擬樣機。 虛擬樣機首次生成，意味著參數(shù)化的DMI仿真模型 建模完成，即該產(chǎn)品的虛擬樣機設

45、計從此具備了原型多樣化的能力。虛擬樣機具有重用性，新的樣機可以共享前面生成樣機過程中產(chǎn)生的 CAD數(shù)據(jù)和模型，不必從第一階 段至第三階段按部就班地進行，使新樣機的生成或修改速度大為提高。3. 虛擬樣機技術的優(yōu)點虛擬樣機技術采用數(shù)字仿真的形式進行虛擬產(chǎn)品設計開發(fā)，仿真模型的參數(shù)是物 理樣機的設計參數(shù)，仿真模型代替物理樣機進行設計參數(shù)的測試評估。虛擬樣機因為參數(shù)修改方便，相比物理樣機而言是“軟模型”，能輕易地實現(xiàn)原型地多樣化，柔性 好。虛擬樣機技術無需制造實物樣機就可預見和預測產(chǎn)品的性能， 節(jié)省了物理樣機制 造裝配時間，減免了高昂成本的物理樣機制造過程， 降低了成本開發(fā)，同時減少了不 合理方案盲目

46、上馬的危險。傳統(tǒng)的設計思想是個串行的過程，從設計到產(chǎn)品的批量生產(chǎn)按照從前至后的順序 進行。這種方法因液壓挖掘機虛擬樣機系統(tǒng)仿真分析為在設計開發(fā)的最后階段前無法 得到整個樣機，所以在開發(fā)過程中各個小組往往把注意力集中在各自的細節(jié)上而忽略 了整機性能，最終產(chǎn)品集成后存在沖突缺陷。目前并行工程的概念(Con curre ntEngineering)在設計領域得到了廣泛應用，但大多僅對單個零部件采用并行設計方法， 同樣導致整機系統(tǒng)效果不夠理想。而虛擬樣機技術的核心是包含各個學科子系統(tǒng)的數(shù) 學大模型DMU使虛擬樣機技術具備整機性能評估的條件，強調(diào)從系統(tǒng)層面上優(yōu)化， 重視整機性能。因此在產(chǎn)品開發(fā)設計階段就

47、可快速比較不同設計方案。這樣在開發(fā)早 期及整個設計過程中能及時發(fā)現(xiàn)問題并反饋，整個設計過程得到優(yōu)化基于虛擬樣機技術的產(chǎn)品開發(fā)數(shù)據(jù)管理是建立在In ternet &lntran et之上的，具有高度的并行性，使設計中各階段速度和整個產(chǎn)品設計階段的總速度提高。虛擬樣機技術通過虛擬樣機為媒介，實現(xiàn)在產(chǎn)品開發(fā)的全過程與用戶的緊密結合， 產(chǎn)生比傳統(tǒng)CAD技術更深層、更實質(zhì)性的交流。虛擬樣機技術直接將人類的創(chuàng)造能力、 設計師豐富的設計經(jīng)驗與計算機強大的數(shù)據(jù)運算和數(shù)據(jù)存儲功能完美結合，把計算機輔助設計活動提升為積極參與的主體活動，形成優(yōu)勢互補、人機融合的產(chǎn)品設計開發(fā) 環(huán)境。虛擬樣機技術結合虛擬制造進行可制造

48、性評價后，能具備高度的生產(chǎn)柔性化和快 速的市場反應能力，大大增強企業(yè)的競爭力。3.1.5虛擬樣機技術的研究及應用現(xiàn)狀虛擬樣機技術仍處在發(fā)展階段，各個國家都開始對這門新技術進行深入的研究， 但尚未形成系統(tǒng)完整的理論體系。虛擬樣機和虛擬樣機環(huán)境在不同應用領域中存在不 同的定義，其定義發(fā)展過程就是虛擬樣機技術研究發(fā)展的過程。美國國防部將VP定義為：采用計算機仿真建模技術建立與物理樣機相似的數(shù)字 模型，并對該模型進行評估和測試，從而獲取候選物理模型設計方案的特性。虛擬樣 機環(huán)境是將具有不同運行規(guī)律(如剛體動力學和流體傳動)的多個模型集成起來，通過 仿真測試來得到關于該樣機方案的性能描述，以此指導系統(tǒng)和

49、參數(shù)的優(yōu)化設計，提高樣機模型開發(fā)的效費比，縮短產(chǎn)品研制周期。Jasnoch和Kress等人從并行工程角度認為虛擬樣機技術是一個基于計算機、桌面化的分布式環(huán)境，支持產(chǎn)品設計過程中的并行工程方法。Stefan Haas等人則從集成開發(fā)角度認為，虛擬樣機的概念與集成化產(chǎn)品和加工過程開發(fā)(Integrated Product and Process Development ，簡稱 IPPD)的概念不可 分割。PV過程將產(chǎn)品概念開發(fā)直至生產(chǎn)的所有活動集成在一起，對產(chǎn)品開發(fā)整個過 程進行優(yōu)化。IPPD的核心是虛擬樣機，而虛擬樣機必須依賴IPPD才能實現(xiàn)。虛擬樣機技術將多種計算機技術、計算機輔助技術結合在一

50、起。目前研究重點是 如何利用這些技術，產(chǎn)生物理樣機替代可信度高的產(chǎn)品虛擬樣機。 主要研究方向是虛 擬環(huán)境中的集成技術、虛擬樣機環(huán)境中的可視化建模技術、 虛擬環(huán)境中的協(xié)同工作流 技術等。目前國際上商品化專用虛擬樣機軟件逐漸在工程設計實踐中得到應用。 功能強大 的商業(yè)軟件正由少數(shù)專家使用的研究工具逐漸面向普通工程設計人員。 虛擬樣機技術 在國內(nèi)的研究范圍還較小，一般僅集中在多體動力學系統(tǒng)實驗室研究階段， 由于缺乏 相應軟件，很少用于解決工程實踐問題。3.2虛擬樣機技術在液壓挖掘機領域的應用液壓挖掘機產(chǎn)品質(zhì)量的高低是產(chǎn)品設計、 制造、企業(yè)管理水平的綜合反應。挖掘 機在產(chǎn)品生命周期內(nèi)各個階段的銷售量、

51、成本、價格、利潤的一般變化規(guī)律如下：1. 投入期：投入期中的挖掘機設計還沒有完全定型，生產(chǎn)工藝也不夠成熟，因此 質(zhì)量和性能不太穩(wěn)定。生產(chǎn)的批量較小，一般是單件或小批生產(chǎn)。2. 成長期：挖掘機轉入批量生產(chǎn)和擴大銷售的階段。這時設計、工藝成熟，挖掘 機基本定型。3. 成熟期：挖掘機壽命周期的黃金時代，給企業(yè)帶來巨額利潤的時期，但同時是 競爭激烈的時期。固定用戶群已形成，挖掘機銷量達到頂峰，該型號市場需求趨向飽 和。需考慮開發(fā)新產(chǎn)品。4. 衰退期:該型號挖掘機進入衰退期后，逐漸退出市場。液壓挖掘機具有普通機械產(chǎn)品生產(chǎn)必須滿足市場所提出的TQCS要求的共性。所以要縮短以設計、試制為主要內(nèi)容的投入期，節(jié)

52、省投入成本，盡快進入利潤豐厚的成 熟期。此外由于傳統(tǒng)物理樣機開發(fā)模式在人力、 物力和時間上的巨大浪費往往與產(chǎn)品 的復雜程度成正比，因此液壓挖掘機作為復雜工程機械的特殊性， 對開發(fā)的時效性要 求更高。在現(xiàn)有挖掘機產(chǎn)品進入衰退期之前，就應考慮現(xiàn)有產(chǎn)品的改進或新產(chǎn)品的開 發(fā)。虛擬樣機在挖掘機設計、制造的全過程都可發(fā)揮重要的作用，參與從初始概念直 至最終成品制造的全過程。在制造之前，可視的虛擬樣機可用來確定挖掘機外形， 檢 查設計規(guī)劃和工作進程，支持方案可行性分析、進行裝配和人體工程的研究。在挖掘 機開發(fā)的投入期應用虛擬樣機技術能縮短設計周期，節(jié)約設計經(jīng)費。在挖掘機產(chǎn)品制 成之后又可以進行虛擬樣機仿真

53、實驗，代替物理樣機實驗進行子系統(tǒng)及參數(shù)的優(yōu)化。 挖掘機進入衰退期，利用原有的數(shù)字虛擬樣機可以修改原型， 實現(xiàn)挖掘機產(chǎn)品快速創(chuàng) 新設計。液壓挖掘機有別于其他機械的另一個特點是： 工作環(huán)境惡劣，通常工作在地質(zhì)情 況復雜、載荷情況多變、大氣條件差的條件下。液壓挖掘機物理樣機試驗必須模擬不 同工況，費時費力。另外挖掘機造價很高，尤其是附帶各種檢測設備的物理樣機單機 成本極高。而試驗的破壞性往往很大，反復試驗不僅延長設計周期，還容易造成損壞， 無形中提高了設計成本。采用虛擬樣機技術，可使設計人員在虛擬環(huán)境中真實地模擬 各種挖掘機的工作情況，快速分析多種設計方案，幫助設計人員完成無數(shù)次物理樣機 無法進行的

54、危險試驗，在整個仿真過程中，可以隨時按照優(yōu)化建議或市場用戶需求修 改參數(shù)，得到改進的虛擬樣機，反復這個過程直至獲得系統(tǒng)優(yōu)化級的整機設計方案。3.3 ADAMS仿真軟件介紹機械系統(tǒng)動力學 自動分析軟件 ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System），是美國 MDI公司（Mechanical Dynamics Inc,現(xiàn)屬于 MS（公司） 開發(fā)的集建模、求解、可視化技術于一體的虛擬樣機分析軟件，是世界上目前使用范圍最廣、最負盛名的機械系統(tǒng)仿真分析軟件。該軟件90年代開始在我國的機械制造、 汽車交通、航空航天、鐵道、兵器、石油化工等領域得

55、到應用，為各領域中的產(chǎn)品設 計、科學研究做出了貢獻。工程中利用 ADAM交互式圖形環(huán)境和零件約束、力庫等， 進行仿真分析和比較，研究“虛擬樣機”可供選擇的多種設計方案。ADAM自動輸出位移、速度、加速度和作用力，其仿真結果可顯示為逼真的動畫或X一丫曲線圖形，ADAM仿真可用于預測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有 限元的輸入載荷，支持ADAM同大多數(shù)CADFEA及控制設計軟件包之間的雙向通訊。ADAM的核心軟件包括交互式圖形環(huán)境 ADAMS/Vie曲口仿真求解器ADAM/Solver，二者 之間形成了無縫連接。用戶可以利用 ADAMS勺工作站或PC機上建造、試驗“虛擬樣 機

56、”，在此基礎上與其它模塊集成就可以滿足多方面的仿真要求。因此在產(chǎn)品開發(fā)過程中，工程師、設計人員應用該軟件會收到以下明顯效果：1. 分析時間由數(shù)月減少為數(shù)日，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；2降低工程制造和測試費用；3. 在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設計錯誤，完善設計方案；4. 在產(chǎn)品開發(fā)過程中，減少物理樣機數(shù)量；5. 物理樣機測試有危險和成本高時，可利用虛擬樣機進行分析和仿真；3.3.1 ADAMS模塊介紹ADAM軟件包括8個最基本的解題程序模塊1. ADAMS/ViewADAMS/View用戶界面模塊）是以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，它將簡單的圖標、 菜單、鼠標點取操作與交互式圖形建模、仿真計算、動畫顯示等功能完美地集成在一 起。其實體建模的內(nèi)核采用Parasolid格式，除提供了豐富的零件幾何圖形庫外， 還 提供了完整的約束開和力/力矩庫，支持布爾運算，