利用ADAMS的泵车臂架连杆机构优化设计与模拟.pdf

CAD/CAE/CAPP/CAM
现代制造工程( Modern Manufacturing Engineering)
2011年第10期
利用 ADAMS的泵车臂架连杆机构优化设计与模拟
石鹏飞,谢世惠,邓彪
(三一重工股份有限公司,长沙410100)
摘要:针对泵车臂架常用连杆机构的运动过程,建立目标力的数学模型,得到目标优化参数。在 ADAMS软件中对其进
行动力学仿真,获取连杆机构的最恶劣工作姿态,然后进行优化计算,得到典型工况下连杆结构参数的最优值。
关键词:连杆机构:动力学分析;数学模型;优化计算
中图分类号:TH1;TrP391·9文献标志码:A文章编号:1671-313(2011)10--00605
The optimization and simulation of the linkage
for a pump based on ADAMS
SHI Peng-fei, XIE Shi-hui, DENG Biao
( Sany Heavy Industry Co Ltd, Changsha 410100, China)
Ab ract: Mathematical model of the target force has been established and the optimization parameters have been obtained by
analysis of the movement of the linkage for a pump. The worst working posture has been obtained by dynamic analysis of the struc
ture based on ADAMS. Then, get the optimal value of the link structure parameters through the optimization.
Key words: linkage; dynamic analysis; mathematical model; optimization
节臂架、连杆、油缸和销轴等连接件组成,各节臂由油
0引言
缸与连杆支撑,油缸为臂架伸缩提供动力。连杆一般
对泵车臂架连杆机构的研究,主要通过机构的装为直杆或弓形的二力杆,也有三角结构的连杆。相比
配有限元方法,建立泵车臂架连杆机构的装配模型,于直连杆,三角连杆连接机构可在有效避免机构死点
计算得到机构的应力和应变分布,找出薄弱部分,改的同时,把一个受力点分解为两个受力点,从而有效
进结构设计。臂架连杆机构的装配有限元分析需避免因单点受力过大出现连接轴套非正常磨损或
要获得准确的铰点载荷,这一点可通过对机构的动力破坏。
学仿真和分析来实现。陈凯等结合神经网络、有限
取臂架1、臂架2、连杆1、连杆2、油缸与活塞杆建
元和遗传算法对混凝土泵车臂架结构进行优化,李庆立机构三维模型,如图1所示。图1中臂架1、臂架2
晖等以 ANSYS软件为平台,对臂架进行强度分处于水平工作姿态,即臂架1水平放置,臂架2与臂架
1展开成180°夹角。臂架1与臂架2铰接于点A,臂
以及动力学仿真,为臂架结构设计提供基础。
架1与连杆1较接于点B,臂架2与连杄2铰接于点
本文以泵车臂架连杆机构为研究对象,基于ADC,连杆1与活塞杆铰接于点D,连杆1与连杆2饺接
AMS/view平台对该机构的不同工作姿态进行动力学于点E,臂架1与油缸铵接于点F。
仿真,探讨机构在运行过程中的受力特性,并对连杆
该机构的运动过程为在油缸驱动活塞杆平移的
相关结构参数进行优化。
带动下,连杆1、连杆2分别绕铰点B、铰点C转动,从
1泵车臂架连杆机构
而带动臂架2绕铰点A进行回转运动。
泵车臂架展开工况为收回工况的逆工况,在理想
本文的试验研究对象为泵车臂架与连杆机构。状态下,臂架在展开和收回过程中为匀速运动,油缸
泵车臂架系统主要用于混凝土的输送和布料,通过臂力在两种不同工况下的同一位置保持一致。本文取
架的伸缩,把混凝土经由附在臂架上的输送管直接送臂架连杆机构中臂架1油缸座受力为目标力,建立目
达臂架末端所指位置即浇注点。臂架系统主要由多标力与臂架连杆机构参数的数学模型,然后基于
万方数据
石鹏飞,等:利用 ADAMS的泵车臂架连杆机构优化设计与模拟
2011年第10期
臂架1
臂架2
力F2对铰点B的力臂,mm;BH为力F3对饺点B的力
K
臂
mmo
B
臂架2处于水平工作姿态时,对臂架1产生的
弯矩最大。为简化计算,臂架2、连杆1、连杆2对臂
油缸
D连杆2架1的等效力矩通过定点力F2表示,F定作用点位于
活塞杆
连杆1
臂架2重心I处,且力的方向始终与臂架2垂直,对
图1机构三维模型
臂架1与臂架2的铰点A产生最大的弯矩,见图3。
ADAMS对臂架连杆机构最恶劣的工况进行实验与仿
真,最后以机构受力特性为目标对连杆结构参数进行
实验分析与优化计算。
B
2机构目标力数学模型
M
该机构的动力源为油缸对活塞杆的平移推动力,
把油缸与活塞杆作为一个整体进行分析,油缸与活塞
杆之间的力属于内力。根据该机构的运动过程和构
件组成可得到如图2所示的机构简化模型。
图3臂架2受力绕铰点A产生弯矩示意图
臂架初始姿态为臂架2与臂架1成180°夹角。
B
连杆2为二力杆,臂架2与臂架1相对于铰点A旋转,
臂架2对铰点A力矩平衡式为
G
E
6. XAN+FxAM=0…(2
式中:F5为连杆2对臂架2在铰点C处的作用力,N;
图2机构简化模型
AN为力F3对铰点A的力臂,mm;F为施加在臂架2
图2中连线ABF代表臂架1,连线ACK代表臂架
重心「处的定点力,N;AM为定点力F定对饺点A的力
2,连线BDE代表连杆1,直线EC代表连杆2,直线DF
臂
mmo
代表油缸与活塞杆。样机模型取AB=393mm,BF=
根据二力杆原理有:
2 595 mm, A =537mm, BD =843mm, BE =872mm
DE=175mm,CE=531mm,DF=3093mm。臂架1与
(3
臂架2的夹角为直线BF与直线CK的夹角;臂架2上
(4)
直线AC与臂架1上直线AB夹角为,,臂架1上直线
综合式(1)~式(4)可得:
BF与连杆1上直线BD夹角为2。油缸与活塞杆作
AM x BH
为整体进行分析,可简化成二力杆。机构运行过程
AN X BG
(5)
中,油缸、活塞杆及连杆重力相比于臂架运行过程中式中:AM=x1ーx,x为点的X向坐标,x为点A的
铰点D和铰点F处受力较小,为简化计算可忽略。臂X向坐标。
架1与油缸的作用力在铰点F处为作用力与反作用
BH=Besin(arccos BE+CE'-IABSIN(ABP
力,通过二力杆传递原理可知,油缸对臂架1的作用力
m/2)+ Accos(∠ABF-∠BAC-T+1)]2
与活塞杆对连杆1的作用力大小相等,方向相反。
[ Abcos(∠ABF-m/2)+ Acsin(∠ABF
连杆1绕铰点B转动