液压挖掘机反铲装置工作过程仿真研究

铲的主要部件，其结构有整体式和组合式两种。

动臂。

其优点是结构简单，质量轻而刚度大。

动臂。

虽然使结构和操作复杂化，但在挖掘机作业中可随时大幅度调整上、下动臂之间的夹角，从而提高挖掘机的作业性能，尤其在窄而深的基坑时，容易得到较大距离的垂直挖掘轨迹，提高挖掘质量和生产率。

组合式动臂的优点是，可以根据作业条件随意调整挖挖掘力，且调整时间短。

此外，它的互换工作装置多，可满足各种作业的需要，装车运输方便。

其缺点是质量大、制造成本高，一般上。

的是组合式动臂。

挖掘机反铲装置的分析
作性能参数
量0.8m3;
掘深度4.39m;
掘高度4.64m;
掘半径5.52m;
载高度2.66m;
掘力(最大)52kN。

置运动学分析
示，反铲装置的几何位置取决于动臂油缸的长度L1，斗杆油缸的长度L2和铲斗油缸的长度L3。

当L1、L2和L3为一组定值时，便的一组值与其对应;反之，对于Xv和Yv的一组定值却有许多组L1、L2、L3值与其对应。

图1 动臂机构计算简图
构。

∠UCF是动臂油缸L1的函数。

动臂上任意一点在任一时刻的位置坐标也都是L1的函数。

构。

置参数是动臂油缸L1和斗杆油缸L2的函数。

这里暂先讨论斗杆相对于动臂的运动，即只考虑L2的影响。

斗杆机构与动臂机构性质杆机构，但连杆比不同。

其连杆机构。

动是动臂油缸L1、斗杆油缸L2和铲斗油缸L3的函数，情况较复杂。

这里暂讨论铲斗相对于斗杆的运动。

置动力学分析
力的分析。

工作时，即可用铲斗油缸挖掘(简称转斗挖掘)，也可用斗杆油缸挖掘(简称斗杆挖掘)，或做复合动作挖掘。

掘阻力的计算。

时，土壤切削力随挖掘深度改变而有明显变化，经实验转斗挖掘时的切削阻力与切削深度基本上成正比。

但总地来说，前半过程切削，因前半过程的切削角不利，产生了较大的切削阻力。

切削阻力的切向分力与土壤硬度、转斗切削半径、挖掘过程中铲斗总转角、铲、切削角、斗侧壁厚度和切削刃挤压土壤的力有关。

转斗挖掘的平均阻力可按平均挖掘深度下的阻力计算，也把半月形切削断面看作面，条形断面的长度可看作成斗齿转过的圆弧长度与其相应之弦的平均值。

一般所谓平均阻力是指装满铲斗的全过程阻力平均值，国挖掘阻力的80%。

实际挖掘力。

到整机理论挖掘力计算时简化假定中忽略的某些因素，则可求得整机的实际挖掘力。

当用于特殊作业时，求整机实际挖掘力必须考虑。

用电计算机分析比较，各种设计方案的挖掘性能或验算已制成挖掘机的挖掘性能表，并与机器的实用或测试结果相对，既可为改进可验证理论计算的正确程度。

在对大量机型进行计算分析的基础上可为优化设计和积累资料提供简化根据。

NX的挖掘机反铲装置运动仿真
环境下反铲装置的建模
cs NX4.0具有强大的三维建模功能，首先绘制各种边界曲线，然后通过曲线生成各种各样的曲面，还可以通过创建旋转、拉伸和扫生成三维实体。

在此图形环境下构建的主要零部件，如图2所示。

图2
的反铲装置的虚拟装配
用的NX装配方法是自底向上，自底向上是指在设计过程中，先设计单个零部件，在此基础上进行装配生成总体设计。

这种装配建模给定配合构件之间的配合约束关系，然后由NX系统自动计算构件的转移矩阵，并实现虚拟装配，如图3所示。

图3
装置的运动仿真
的运动分析模块，就反铲装置的虚拟模型进行运动仿真。

，机构可以认为是一组连接在一起运动的连杆(Links)的集合，NX可用下面三步产生一个运动分析方案。

，创建连杆(Links)。

运动机构中创建代表运动件的连杆。

，创建运动付(Joints)。

建约束连杆运动的运动付。

在某些情况下，可同时创建其他的运动约束特征，如弹簧、阻尼、弹性村套和接触。

，定义运动驱动(Motion Driver)。

仿真后生成的图表，如图4和图5所示。

图5可以看出，运动付的行程，速度基本符合设计要求，其速度趋势与加速度曲线一致，并与理论计算结果吻合较好。

如果速度、行结果反馈到设计阶段，对模型进行重新设计、建模，直到仿真结果符合要求。

这就验证了整个设计过程的合理性。

或其他造型软件生成的虚拟样机模型，利用相应的图形环境可以方便地对液压挖掘机的反铲装置进行运动学和动力学仿真分析。

通过挖掘机最大挖掘速度，最大挖掘行程等基本作业参数，从而为铲斗、斗杆和动臂等零件的强度分析提供依据。

(end)。