作者 | 郭老師 仿真秀優(yōu)秀講師

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導(dǎo)讀：挖掘機(jī)完成各種工作任務(wù)，其承受著各種復(fù)雜多變的載荷。由于挖掘機(jī)作業(yè)條件惡劣，受載情況十分復(fù)雜，導(dǎo)致挖掘阻力難以確定，工作裝置各鉸點(diǎn)所承受的動(dòng)態(tài)載荷也很難準(zhǔn)確獲得，給結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的準(zhǔn)確分析預(yù)測帶來了困難。基于多體動(dòng)力學(xué)仿真、離散元仿真模擬、預(yù)測反鏟挖掘機(jī)在進(jìn)行挖掘作業(yè)時(shí)鏟斗端所受的挖掘阻力以及機(jī)臂的應(yīng)力應(yīng)變，為下一步的挖掘機(jī)鏟斗結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作裝置鉸點(diǎn)優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。

一、工程車輛仿真的關(guān)鍵技術(shù)

以某挖掘機(jī)為研究對(duì)象，通過顆粒動(dòng)力學(xué)分析獲得較為精確的挖掘阻力，為動(dòng)臂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析提供加載依據(jù)。

1、根據(jù)挖掘機(jī)的幾何參數(shù)建立三維模型，實(shí)測挖掘機(jī)不同物料下的作業(yè)實(shí)驗(yàn)、然后以動(dòng)臂、斗桿和鏟斗油缸位移變化曲線作為驅(qū)動(dòng)，模擬真實(shí)的挖掘過程，獲得鏟斗軌跡曲線；

2、通過RFlex對(duì)其動(dòng)臂進(jìn)行柔性化，賦予真實(shí)的材料參數(shù)，根據(jù)仿真結(jié)果，查看動(dòng)臂的應(yīng)力應(yīng)變，同時(shí)也可獲得疲勞壽命；

3、通過離散單元法建立挖掘介質(zhì)的顆粒模型，設(shè)置顆粒工廠和其他求解參數(shù)，模擬鏟斗在挖掘時(shí)的真實(shí)工況，以此求得鏟斗在挖掘不同介質(zhì)時(shí)各個(gè)方向所受的挖掘阻力。

二、工程車輛仿真分析

1、RecurDyn

建立挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)模型，不考慮實(shí)際挖掘機(jī)挖掘作業(yè)時(shí)機(jī)體的行走、回轉(zhuǎn)、平掃、卸料工況。因此在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真時(shí)，在不影響仿真結(jié)果的情況下，保證仿真速度、提高仿真效率，利用約束、柔性化命令對(duì)其進(jìn)行模型進(jìn)行處理，利用AKISPL將實(shí)驗(yàn)采集得到的三組油缸活塞桿的時(shí)間位移數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為時(shí)間速度數(shù)據(jù)，如鏟斗軌跡下圖所示：

2、EDEM

EDEM是目前應(yīng)用十分廣泛的一款離散單元法軟件，主要是用來對(duì)工業(yè)中粒子進(jìn)行仿真分析處理。可以較為準(zhǔn)確地模擬各種非球形顆粒，同時(shí)支持多種類型的CAD文件導(dǎo)入，擁有與其他分析軟件兼容的接口， 可以用來實(shí)現(xiàn)顆粒與流體、機(jī)械等學(xué)科的耦合仿真分析。比如：

3、結(jié)果分析

（1）阻力分析，通過仿真求解可以得到鏟斗在作業(yè)時(shí)受到的挖掘阻力，分別是 X、Y、Z 三個(gè)方向的挖 掘阻力和沿 X、Y、Z 軸的阻力矩

（2）應(yīng)力分析，通過剛?cè)狁詈希梢垣@得動(dòng)臂在挖掘過程中的實(shí)時(shí)應(yīng)力變化，獲得易發(fā)生疲勞磨損的的部分，可對(duì)后期結(jié)構(gòu)優(yōu)化，壽命預(yù)測提供基礎(chǔ)

審核編輯：湯梓紅