基于ADAMS的WYD390液壓挖掘機工作包絡區域分析

韓 帥，趙騰云

（太原重工股份有限公司技術中心，山西 太原 030024）

WYD390液壓挖掘機是太原重工股份有限公司最新研制的露天礦山采裝設備，標準斗容22m3。作為主采設備的WYD390液壓挖掘機與載質量為104～172t的礦用自卸汽車配套，適用于年產量為1 000萬t以上的特大型露天煤礦、鐵礦及有色金屬礦山的剝離和采裝作業。

液壓挖掘機的傳統設計方法不僅耗時而且費力，顯然已經無法滿足企業的發展需求［1］。虛擬樣機技術出現及發展，使得產品設計真正意義上擺脫了對物理樣機的依賴，降低了產品的開發風險和研發周期，很大程度上提高了企業的生產效率［2］。本文就是基于虛擬樣機的ADAMS 軟件，對WYD390液壓挖掘機的工作裝置進行了運動學仿真分析。

1 WYD390液壓挖掘機的虛擬樣機模型

WYD390液壓挖掘機可分為四個主要部分：動力系統、液壓系統、機械系統和控制系統，而機械系統又主要包括行走裝置、回轉裝置和工作裝置。本文僅對工作裝置進行運動學仿真分析，工作裝置主要包括：動臂和動臂油缸、斗桿和斗桿油缸、鏟斗和鏟斗油缸。借助UG 強大的建模功能，建立WYD390 液壓挖掘機的虛擬樣機模型，如圖1所示。

圖1 WYD390液壓挖掘機的虛擬樣機模型

2 液壓挖掘機的運動學分析

無論是電鏟還是液壓挖掘機，其基本參數都是衡量挖掘機的重要指標，也是挖掘機仿真與優化虛擬樣機效能重要的評估參數［3］。本文采用ADAMS軟件對WYD390液壓挖掘機斗齒尖的最大包絡區域和鏟斗工作在地面到動臂78°時的包絡區域進行了運動學仿真。

2.1 斗齒尖的最大包絡區域

斗齒尖的最大包絡區域是衡量挖掘機性能的一項重要指標，其重要性不言而喻。本文對圖1虛擬樣機中各個液壓缸上施加的具體驅動函數如下：

1）動臂油缸函數。step（time，0，0，1，0.828）＋step（time，1，0，2，0）＋step（time，2，0，4，0）＋step（time，4，0，7，－2.9）＋step（time，7，0，10，0）＋step（time，10，0，13，2.9）

2）斗桿油缸函數。step（time，0，0，1，1.743）＋step（time，1，0，2，0）＋step（time，2，0，4，－2.06）＋step（time，4，0，7，0）＋step（time，7，0，10，2.06）＋step（time，10，0，13，0）

3）鏟斗油缸函數。step（time，0，0，1，－1.735）＋step（time，1，0，2，0.499）＋step（time，2，0，4，1.265）＋step（time，4，0，7，0）＋step（time，7，0，10，－1.764）＋step（time，10，0，13，0）

由仿真可以得出此工況下動臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸三油缸長度隨時間變化曲線，如圖2所示；斗齒尖X、Y方向的位移隨時間變化曲線，如圖3所示。

圖2 2.1工況下三油缸長度隨時間變化曲線

圖3 2.1工況下斗齒尖X、Y 方向的位移隨時間變化曲線

由圖3可以得知：最大挖掘半徑：15.616 5m；最大挖掘高度：19.696 5 m；最小挖掘半徑：3.705 2m。

2.2 鏟斗工作在停機面到動臂水平夾角78°時斗齒尖的包絡區

鏟斗工作在停機面到動臂水平夾角78°時是常用工作區域，所以必須對此工作區域進行分析，本文對此工況下的虛擬樣機中各個液壓缸上施加的具體驅動函數如下：

1）動臂油缸函數。step（time，0，0，1，－0.193）＋step（time，1，0，2，0）＋step（time，2，0，4，0）＋step（time，4，0，6，－1.424）＋step（time，8，0，10，1.424）

2）斗桿油缸函數。step（time，0，0，1，1.743）＋step（time，1，0，2，0）＋step（time，2，0，4，－2.06）＋step（time，4，0，6，0）＋step（time，6，0，8，2.06）

3）鏟斗油缸函數。step（time，0，0，1，－1.735）＋step（time，1，0，2，0.499）＋step（time，2，0，4，1.265）＋step（time，4，0，6，0）＋step（time，6，0，8，－1.764）

由仿真可以得出此工況下動臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸三油缸長度隨時間變化曲線，如圖4所示；斗齒尖X、Y方向的位移隨時間變化曲線，如圖5所示。

圖4 2.2工況下三油缸長度隨時間變化曲線

圖5 2.2工況下斗齒尖X、Y 方向的位移隨時間變化曲線

由圖5可以得知：最大挖掘半徑：15.271 2 m；最大挖掘高度：17.957 9m；最小挖掘半徑：6.13m。

3 結語

基于UG 或者其他三維造型軟件生成虛擬樣機后，利用ADAMS軟件可以方便快捷地對液壓挖掘機的工作裝置進行運動學仿真。由仿真結果可以得出：最大挖掘半徑、最大挖掘高度、最小挖掘半徑等基本作業參數。本論文不僅得出了WYD390液壓挖掘機的相關參數，而且為今后本產品的升級及相關類似產品的開發提供了理論依據。

［1］孫旭國.液壓挖掘機工作裝置動力學建模與分析［J］.建筑機械化，2007（7）：33－34.

［2］葛正浩.ADAMS2007 虛擬樣機技術［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［3］白玉琳.大型正鏟液壓挖掘機工作裝置虛擬樣機研究［J］.建筑機械，2008（7）（上半月刊）：81.