维普资讯 http://www.cqvip.com 地下铲运机正傩 置 参数他建模 北京科技大学安期生技术有限公司 迟可伟孙健冯茂林 摘要：应用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ的参数化设计语言（ＡＰＤＬ），针对ｃＹ一２型地下铲运机工作装置编写 了建立有限元模型的程序，给定任意工况举升液压缸和翻斗液压缸的长度，即可计算该工况下工作装置各铰点 坐标，建立有限元模型，为工作装置有限元分析提供一种便捷的建模方法。 关键词：ＡＮＳＹＳ；参数化；工作装置；有限元分析 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ＡＮＳＹＳ ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｌａｎｇｕａｇｅ．ａ ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄ ｐｒｏｇｒａｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｏ ｃｒｅａｔｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅ． ｍｅｒｉｔ ｍｏｄｅ ｏｆｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆｔｈｅ ＣＹ一２ Ｌｏａｄ—Ｈａｕｌ—Ｄｕｍｐ ｕｎｉｔ．Ｉｆｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ￣ｏｆｌｉｆｔｉｎｇ ａｎｄ ｂｕｃｋｅｔ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ａｌｅ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｒａｎｄｏｍ ｗｏｒｋｉｇｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｏｆｅｖｅｒｙ ｐｉｎｊｏｉｎｔ ｃａｎ ｂｅ ｗｏｒｋｅｄ ｏｕｔ ｎａｄ ｈｔｅ ｗｏｒｋｉｇｎ ｄｅｖｉｃｅ ｉｆｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ Ｃｎａ ｅｂ ｂｕｉｌｔ，Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｓｈｏｒｔ—ｏｕｔ ｗｏｒｋｉｇｎ ｄｅｖｉｅｃ ｆｉｉｎｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ， Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ；ｗｏｒｋｉｇｎ ｄｅｖｉｃｅ；ｆｉｉｎｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ 地下铲运机工作装置各个杆件的位置在工作过 程中是不断变化的，在进行有限元分析时，不同工 况下模型也应不同。本文利用铲运机工作装置运动 状态图及有限元分析软件ＡＮＳＹＳ的参数化设计语 言（ＡＰＤＬ），实现工作装置有限元模型的参数化建 模，为工作装置有限元分析提供了一种便捷的建模 方法。 １工作装置运动状态图 工作装置运动状态图指的是动臂在任意位置 图１ 典型工况工作装置运动状态图 时，工作装置各杆件在空间的运动位置。由于工作 １一地面铲掘工况２一任意工况３一最高举升工况 装置各铰接点的轴线相互平行，因此，装载机工作 工作装置动臂的位置由举升液压缸的长度ｚ； 装置运动状态图通常以平面多杆机构图表示。它反 决定。举升液压缸缩到使动臂碰到限位块时，行程 映出工作装置各杆件间的相互关系、铲斗的位置以 为最短ｚ ｍｉ 。若动臂全伸，举升液压缸为最长ｚ～。 及装载机的作业工况。 举升液压缸的伸长范围ｚ ｚ 一ｚ～。当举升液压 １．１数学模型的建立 缸的长度不变时，由翻斗液压缸的长度变化来完成 现以ＣＹ一２型地下铲运机的６杆正转机构为 收斗动作。如图１所示，已知参数ｚ小ｚ ｚ 例建立工作装置运动状态图。地下铲运机工作装置 ＺＦｎ、 Ｆｄ、 Ｚ出、 Ｚｎｈ、 Ｚｎｄ、 Ｚｄｉ、 Ｚｉｋ、ｌｂｋ、 Ｚｋ且、 Ｚｈ、 的几何位置由举升液压缸和翻斗液压缸的长度决 、 以及ｈ、ｇ、ｅ点的坐标，给定ｚ 和 定。若举升液压缸的长度Ｚ；及翻斗液压缸的长度 ｚ ，可由下式求出各铰点的坐标。 ｚ 决定后，工作装置任何一点的运动轨迹就可以确 Ｚ聆＝√（ 一 ） ＋（１， 一ｙｅ） 定。由于工作装置各铰接点的轴线相互平行，故工 ｎ作装置运动状态图可以用过翻斗液压缸与前车架连 （ ） 接的铰点且平行于中心平面的ＸＯＹ坐标系内的坐 …。ｓ标来描述，如图１所示。 （ ） 一１６一 《起重运输机械》 ２Ｏ０６（３） 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｃｔ２＝Ｏｆ１＋Ｌｆｇｅ …。ｓ（ ＿） ｆｉ３＝ＯＬ２一Ａｆｇｄ …。ｓ（ ） ＯＬ４＝Ｃｔ２——ｇｈｂ ｌＭ＝ ｄ ａｎｇ＝踟 ｃ。ｓｆ ｌ｝＋ｌ２Ｚ ２ ｈｄ— ｆ／ｈｄ ＝ａｒｃｃ。ｓ（ Ｙｈ－ １ ｉｈｏ＝ ｉｈｄ＋ ｄｈｏ ｚ ： ｆ ＝、 ／＿ｋ／ｂ＝ａｒｃｃｏｓ（ ／＿ｈ／ｂ＝ａｒｃｃｏｓ（ ｈ／ｋ＝ ｈｉｂ＋ ｋｉｂ ， ＝ Ｚ ＝ａｒｃｃｏｓ（ ） ＝一ｓ＝（ ） ｋｈｏ＝ ｋｈｂ＋ ｂｈｏ …。ｓ（ ） …ｃｏｓ（ ａｋｈ＝ ａｋｂ＋ ｂｋｈ ２ｈ ＝√ｚ己＋ＩＩｋ一２ｌｋ ｌｈｋＣＯＳ（Ｌａｋｈ） …。ｓ（ ） ａｌｔｏ＝ ｋｈｏ一 ｋｈａ Ｘｆ Ｘｇ＋ｌｇｓｉｎａ２ Ｙｆ Ｙｇ—ｌｇｃｏｓａ２ ＝／ｇｄｓｉｎａ３＋Ｘｇ Ｙｄ ｙｇ一／ｇｄＣＯＳａ３ Ｘｂ＝／ｓｂｓｉｎａ４＋Ｘｇ Ｙｂ Ｙｇ一／ｇｂＣＯＳａ４ 《起重运输机械》 ２ＯＯ６（３） Ｘｉ＝／ｆｓｉｎ（ ／ｈｏ） Ｙｉ＝ｙｈ—Ｉｆｃｏｓ（ ｉ／ｔｏ） Ｘｋ ｌｈｋｓｉｎ（ ｋｈｏ） Ｙｋ Ｙｈ—ｌｈｋｃｏｓ（ ｋｈｏ） Ｘ ＝Ｚｈｓｉｎ（ ａｈｏ） Ｙ ＝Ｙｈ—ｆＩｌａＣＯ８（ ａｈｏ） １．２程序设计 根据上述数学模型，可以编写地下铲运机运动 状态计算程序。对于某一型号的地下铲运机只要输 入举升液压缸的长度ｆｊ及翻斗液压缸的长度ｆｆ， 就可以自动计算出各个典型工况状态，求得各铰点 坐标，为准确建立工作装置有限元模型提供依据。 有限元分析软件ＡＮＳＹＳ提供了一种参数化设 计语言ＡＰＤＬ（ＡＮＳＹＳ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ）， 表１典型工况工作装置铰点坐标 ｍ 铰点及坐标 插入 收斗 最大举升 最大举升 最大卸载 位置 位置卸载 距离卸载 玩 Ｏ ０ ０ ０ ０ ｈ ｙｈ １．６１２ １．６１２ １．６１２ １．６１２ １．６１２ Ｘｇ ０．３１３ ０．３１３ ０．３１３ ０．３１３ ０．３ｌ３ ｇ ｙｇ １．２４１ １．２４１ １．２４１ １．２４１ １．２４１ ｅ １．４＝２５ １．４２５ １．４２５ １．４２５ １．４＝２５ ｅ ０．７３８ ０．７３８ ０．７３８ ０．７３８ ０．７３８ ０．７Ｏ８ ０．７０８ ０．１５８ ０．１５８ ０．５８２ ｆ ｙｆ １．４４１ １．４４１ １．６５５ １．６５６ １．５９３ １．６２２ １．６２２ １．３１２ １．３１２ １．８６５ ｎ ０．３８１ ０．３８１ ２．４４７ ２．４４７ １．０３４ 弛 １．７６９ １．７６９ １．１６５ １．１６５ １．９２６ ｄ ｙｄ ０．Ｓ４５ ０．Ｓ４５ ２．６ｌｌ ２．６ｌ１ １．２４５ 置 １．９１１ １．３９ｒ７ ０．６６３ １．２８９ ２．３ｏ５ ｌ １．１４５ １．０３８ ２．９６８ ３．２１５ １．７３３ ２．３４３ １．８５９ １．０５２ １．６４｛Ｂ ２．７８９ ｋ Ｏ．８２４ Ｏ．７６２ ３． Ｉ２ ３．４ｏ５ １．４９７ 玩 ２．１５７ ２．１５７ １．３９３ １．３９３ ２．３５６ ｂ ｙｈ ０．３６ｏ ０．３６ｏ ２．９ｒ７６ ２．９ｒ７６ １．２４７ ａ ３．４６ｏ ３．０９５ ２．２１７ ２．６３４ ３．１９８ ａ Ｙ Ｏ．Ｏ６１ １．３１３ ４．Ｏ２８ ２．４７８ ０．２Ｃｒ７ 一ｌ７一 维普资讯 http://www.cqvip.com 可以用来完成一些通用性强的任务，用于根据参数 建立模型。将上述地下铲运机运动状态的计算过程 写入ＡＰＤＬ宏文件，将结果作为下一个宏命令的参 数，即可建立不同工作状态下工作装置有限元模 型，划分网格、加载并计算结果。流程框图如图２ 所示。表１是以ＣＹ一２型地下铲运机为例，由该 程序计算出来的几种典型工况下各铰点的坐标。 图２工作装置有限元参数化建模流程框图 ２工作装置有限元模型 选取插入、收斗、最大举升位置、最大举升位 置卸载和最大卸载距离卸载５种工况，用上述程序 对ＣＹ一２型地下铲运机的工作装置建立有限元模 型，如图３—７所示。使用壳单元对大臂和铲斗进 行网格划分，液压缸由杆单元模拟，为反映铰接位 置构件间的相互作用关系，该处的网格采用低刚度 三角形板单元划分。 图３插人工况工作装置有限元模型 一１８一 图４收斗工况工作装置有限元模型 图５ 工 图６最大举升位置卸载工况 工作装置有限元模型 图７最大卸载距离卸载工况工作装置有限元模型 ３结语 根据实际工作情况给定任意状态下举升液压缸 及翻斗液压缸的长度，使用该程序就可以得到相应 的有限元模型乃至有限元分析结果。利用参数化设 计语言建立有限元模型，为工作装置有限元分析提 供了一种便捷的建模方法，是在地下铲运机及其他 复杂工程机械有限元分析中的新的尝试。 参考文献 １高梦熊．地下装载机一结构、设计与使用．北京：冶金 工业出版社，２Ｏ０２ ２王国彪等．装载机工作装置作业过程的运动仿真．建筑 机械，１９９６（１） 作 者：迟可伟 地 址：北京科技大学３９３号信箱 邮 编：１０００８３ 收稿日期：２００５—０３—０３ 《起重运输机械》 ２００６（３）
