基于PRO/E的装载机工作装置机构的仿真与优化

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)山东中川液压有限公司 作者:巩秀江

  利用 PRO/E 行为建模创建装载机工作装置的参数化三维模型,模型的创建参照运动骨架,对装载机工作装置进行运动仿真。利用 PRO/E 分析功能确定目标函数及各参数约束条件,对工作装置进行优化分析,从而达到设计所需的要求,并对装载机油缸进行空载及负载的受力分析。PRO/E 的仿真及优化分析功能具有控制简单,可视化程度高,降低设计成本,提高生产效率等优点。

  随着我国经济的飞速发展,带动了工程机械的发展,其中装载机是工程机械中用途最为广泛的一种,它主要用于土壤、砂石等散装物的铲装,也可以用于对矿石、硬土的轻度挖掘作业,换装不同的辅助工作装置,还可以进行推土、吊装、木料装卸等不同作业。由于装载机的多用途性使的国内装载机产量逐年增加,但国内技术水平参次不齐,导致整体水平不高,但随着三维设计软件的使用,如 PRO/E 设计软件,使的产品开发在设计之初便可以避免错误,同时还可以通过对其进行运动及力学分析来进一步的优化产品,达到我们的设计要求,这是二维软件所不具备的。

  装载机工作装置是装载机的核心部件,它主要由动臂、铲斗、连杆、动臂油缸、翻转油缸组成,它是实现铲挖及装载物料的机构,其设计水平的高低直接影响整体性能,如工作效率及作业质量等,所以利用 PRO/E 软件的优化功能对工作装置进行优化可以很好的提高设计的准确性,避免不必要的错误。

  优化设计(optimal design)是根据最优化原理及方法综合各方面的因素,以人机配合方式或自动探索方式,把机械设计及数学规划理论及方法相结合,借助计算机寻求最优化的方案及最优化的参数,来满足设计要求。下面利用PRO/E 的优化功能,对 50 装载机的工作装置进行优化分析设计。

1、工作装置虚拟样机模型的建立

  1.1、运动骨架的建立

  要对装载机的工作装置进行优化,实际上优化的最终是各结构件间的绞接点的位置尺寸,而各构件的形状尺寸则影响较小。因此在行为建模过程中,要保证各绞接点位置的正确性,各构件的形状尺寸可以简化表示。利用 PRO/E 中 top-down 的设计方法,创建工作装置的运动骨架,通过运动骨架可以获取机械组件的概念设计。在创建实际的组件元件前,可以在运动骨架中测试设计的基本结构和运动。在运动骨架中,根据各铰接点的位置创建各构件的主体骨架,以便为实体模型的创建作参考,并且在主体骨架中定义各骨架的连接关系。图 1 为运动骨架中装载机工作机构各铰接点的位置尺寸及铲铰接点代号。

基于PRO/E的装载机工作装置机构的仿真与优化

图1 骨架模型中各绞接点的位置尺寸

  1.2、结构件模型的创建

  利用 PRO/E 的行为建模功能来创建各构件,构件的创建都需要以主体骨架为参照。只要改变骨架模型的尺寸,则实体模型中的各构件的尺寸自动改变,而且装配关系不会发生改变,这就缩短了设计的周期。图 2为参照骨架模型所创建的实体模型。

基于PRO/E的装载机工作装置机构的仿真与优化

图2 构件装配图

5、结语

  通过利用 PRO/E 的 top-down 设计,对装载机工作装置进行了运动仿真及优化,比传统的设计方法有更快的速度和更快高的精确度,可以对现有的机构的特征进行分析、获得重要数据,大大的缩短了产品设计周期,提高了生产效率。

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