大學(xué)生機(jī)械畢業(yè)論文

大學(xué)生機(jī)械畢業(yè)論文摘要：利用三維實體建模軟件Pro/E與機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件ADAMS建立了挖掘機(jī)器人機(jī)械子系統(tǒng)、液壓子系統(tǒng)模型，并在ADAMS環(huán)境中利用參數(shù)關(guān)聯(lián)技術(shù)，將兩個子系統(tǒng)模型集成，建立起挖掘機(jī)液壓與機(jī)械一體化的虛擬樣機(jī)模型；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量的運動學(xué)和動力學(xué)仿真。研究結(jié)果為預(yù)見設(shè)計方案的可行性及物理樣機(jī)的試制提供了一定參考；可提高產(chǎn)品開發(fā)速度和精度，降低開發(fā)成本；具有重要的理論與工程意義。關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)器人；液壓機(jī)械復(fù)合系統(tǒng)；虛擬樣機(jī)挖掘機(jī)器人是機(jī)液一體化的機(jī)械裝備，對挖掘機(jī)的開發(fā)涉及到機(jī)械和液壓等學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)。傳統(tǒng)的物理樣機(jī)開發(fā)模式存在開發(fā)周期長、成本高、修改困難等多方面的問題。應(yīng)用數(shù)字化虛擬樣機(jī)技術(shù)能有效地克服傳統(tǒng)物理樣機(jī)開發(fā)模式的缺陷，加快產(chǎn)品開發(fā)速度，節(jié)約開發(fā)成本，為機(jī)）液復(fù)合系統(tǒng)設(shè)計、產(chǎn)品復(fù)合性能評價提供了一種有效的手段。借此技術(shù)，工程設(shè)計人員可在建造物理樣機(jī)之前，在計算機(jī)上建立虛擬樣機(jī)模型，伴之以三維可視化處理，模擬現(xiàn)實環(huán)境下系統(tǒng)的運動和動力特性，并根據(jù)仿真結(jié)果對各種設(shè)計方案進(jìn)行快速優(yōu)化對比，在設(shè)計早期就能確定關(guān)鍵的設(shè)計參數(shù)，預(yù)測產(chǎn)品系統(tǒng)性能，以減少產(chǎn)品開發(fā)階段，物理樣機(jī)的試制、試驗次數(shù)，節(jié)省設(shè)計經(jīng)費，縮短設(shè)計周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)品系統(tǒng)性能。一、機(jī)械系統(tǒng)建模利用三維實體建模軟件Pro/E和機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件ADAMS/View聯(lián)合建立挖掘機(jī)機(jī)械系統(tǒng)模型。1.1Pro/E環(huán)境建模與裝配機(jī)械系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性是決定所設(shè)計的液壓系統(tǒng)是否具有實用性的前提條件，所以，建立的機(jī)械系統(tǒng)模型應(yīng)盡可能準(zhǔn)確，但考慮到仿真實時性要求，模型在基本適合所要求工況的前提下還應(yīng)盡可能簡單。根據(jù)研究目的，建模時將挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的簡化和抽象，按照是否存在相對運動（暫不考慮行走運動）將挖掘機(jī)器人劃分為：轉(zhuǎn)臺1、動臂2、斗桿3、鏟斗4、鏟斗搖桿5、鏟斗連桿6、動臂液壓缸體7、動臂液壓活塞桿8、斗桿液壓缸體9、斗桿液壓活塞桿10、鏟斗液壓缸體11、鏟斗液壓活塞桿12共十二個大運動部件.挖掘機(jī)三維實體建模包括所有零件的三維實體模型建立及整機(jī)裝配。利用Pro/E特征選項里的'拉伸、旋轉(zhuǎn)、剪切、混合掃描等操作命令建立各零部件；然后按照挖掘機(jī)工作裝置的各零部件間裝配與配合關(guān)系，對各零件的三維實體模型進(jìn)行裝配，得到挖掘機(jī)整機(jī)的三維實體裝配模型。1.2機(jī)械系統(tǒng)模型從Pro/E傳到ADAMS/View中ADAMS提供了與Pro/E軟件的數(shù)據(jù)交換接口Mechanism/Pro,Mechanism/Pro是MSC公司為ADAMS開發(fā)的與Pro/E軟件的專用接口程序，作為一個菜單，掛接在Pro/E環(huán)境中。該模塊是連接Pro/E與ADAMS之間的橋梁。二者采用無縫連接的方式，使用戶不需要退出Pro/E應(yīng)用環(huán)境，就可以將裝配完畢的總成傳送到ADAMS/View中。利用該接口模塊解決了ADAMS環(huán)境中不易構(gòu)建復(fù)雜模型的缺點，使用戶可以在其熟悉的CAD中建立三維機(jī)械系統(tǒng)模型，通過一個按鍵操作，就可將數(shù)據(jù)傳到ADAMS環(huán)境中，提高了工作效率。三維實體模型進(jìn)入ADAMS/View后，各零部件之間是毫無聯(lián)系地獨立存在于ADAMS/View環(huán)境中。這種狀態(tài)下即使全部零部件都已導(dǎo)入，也不能構(gòu)成一臺具有現(xiàn)實意義的虛擬樣機(jī)。只有在此基礎(chǔ)上，借助ADAMS軟件再添加適當(dāng)?shù)倪B接、載荷、運動約束和力等模型特性，才能建立仿真模型即虛擬樣機(jī)。動臂下鉸點鉸接在轉(zhuǎn)臺上，利用動臂油缸的伸縮，使動臂繞動臂下鉸點轉(zhuǎn)動，依靠斗桿油缸使斗桿繞動臂的上鉸點擺動。二、液壓系統(tǒng)建模本文根據(jù)需要對液壓油路進(jìn)行了簡化，并按功能劃分為結(jié)構(gòu)相似的動臂、斗桿、鏟斗、回轉(zhuǎn)、行走五個工作回路.挖掘機(jī)舉升機(jī)構(gòu)，即動臂的液壓工作回路，其是簡化的執(zhí)行元件為液壓缸的典型液壓回路，其它幾個回路與此類似。當(dāng)換向閥4由中位移至左位（下）時，壓力油經(jīng)單向閥3進(jìn)入液壓缸底部，液壓缸上腔里的液壓油回到油箱，活塞向上運動；反之，當(dāng)換向閥4由中位移至右位（上）時，液壓油直接進(jìn)入液壓缸上腔，使活塞向下運動，從液壓缸下腔流出的油通過閥6回到油箱，如達(dá)到一定壓力，則向液壓缸上腔補(bǔ)油。當(dāng)換向閥處于中位時，閥5和閥6均關(guān)閉，活塞雙向鎖止，動臂處于某一固定位置。以下為基于流體傳動理論，利用ADAMS提供的數(shù)值算法和函數(shù)，創(chuàng)建液壓元件和液壓系統(tǒng)模型的過程。2.1壓力源（泵）及油箱壓力源是為整個液壓系統(tǒng)提供動力的元件。根據(jù)液壓系統(tǒng)的設(shè)計，壓力源的初始壓力設(shè)為11.4MPa。一般情況下，液壓系統(tǒng)工作時壓力源的壓力變化不大，故認(rèn)為該壓力為定值，并將壓力變化函數(shù)設(shè)置為與初始壓力相同的數(shù)值，即設(shè)為定值；油箱被認(rèn)為是一個很大容積的蓄能器，壓力可維持不變，故油箱模型只需設(shè)置壓力參數(shù)即可。2.2方向控制閥（三位四通閥）方向控制閥為整個系統(tǒng)的控制中樞。由操作人員直接控制，實現(xiàn)液壓缸的往復(fù)運動。所需設(shè)置的參數(shù)有閥芯的初始位置、閥開啟及關(guān)閉所需的時間、閥的泄漏系數(shù)和因閥所造成的壓力損失等。2.3止回閥（單向閥）止回閥在液壓系統(tǒng)中起到正向流通，反向截止的作用。對于止回閥來說，需要設(shè)置關(guān)閉時閥芯兩端的壓力差及流量，閥口心截面積變化率以及泄漏系數(shù)和響應(yīng)時間等。2.4背壓閥背壓閥在液壓系統(tǒng)中主要起保壓和穩(wěn)壓作用。在背壓閥屬性對話框中，需要設(shè)置閥口流通截面面積變化率、閥口初始位置、閥的泄漏系數(shù)和響應(yīng)時間等參數(shù)。三、結(jié)束語從虛擬樣機(jī)系統(tǒng)仿真建模的角度來看，整個系統(tǒng)可以分為機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)兩個大部分。通過對挖掘機(jī)液壓）機(jī)械系統(tǒng)分別建立虛擬樣機(jī)模型，而后利用參數(shù)關(guān)聯(lián)技術(shù)使機(jī)械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)成為有機(jī)的整體，實現(xiàn)了整機(jī)機(jī)）液復(fù)合系統(tǒng)的聯(lián)合動態(tài)仿真分析，打破了單純機(jī)械設(shè)計的局限性，仿真結(jié)