專利名稱：一種液壓挖掘機虛擬樣機的建立方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓挖掘機虛擬樣機技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種液壓挖掘機虛擬樣機的建
立方法。
背景技術(shù)：
多路換向閥是挖掘機液壓系統(tǒng)的核心零部件，很大程度上決定了液壓挖掘機的性能。目前國內(nèi)已經(jīng)有部分主機生產(chǎn)企業(yè)因自身發(fā)展需要，開始自主研發(fā)包括多路換向閥在內(nèi)的工程機械關(guān)鍵液壓件，但在設(shè)計研究方面仍然缺乏必要的理論與足夠的技術(shù)支持。傳統(tǒng)的基于物理樣機的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計模式，面臨著高昂的設(shè)計成本以及較長的設(shè)計周期等諸多問題，在激烈的市場競爭中，單純地使用這一模式已成為過去。和傳統(tǒng)的基于物理樣機產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計模式相比，基于仿真技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)模式無需制造實物樣機，而是采用仿真模型替代傳統(tǒng)設(shè)計開發(fā)模式下的物理樣機對相關(guān)設(shè)計參數(shù)進行測試評估，模型參數(shù)修改方便，能很容易實現(xiàn)設(shè)計的多樣化，柔性好，減少不合理方案盲目上馬的風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種液壓挖掘機虛擬樣機的建立方法，該方法有利于提高液壓挖掘機虛擬樣機仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，降低試驗成本，提高試驗效率，縮短設(shè)計時間。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種液壓挖掘機虛擬樣機的建立方法，包括以下步驟
步驟I :在動力學(xué)仿真軟件ADAMS中建立液壓挖掘機的動力學(xué)模型，在液壓系統(tǒng)仿真軟件AMESim中建立液壓挖掘機的多路閥液壓系統(tǒng)模型；
步驟2 :將所述動力學(xué)模型和多路閥液壓系統(tǒng)模型仿真過程中存在關(guān)聯(lián)的相關(guān)狀態(tài)變量與參數(shù)作為兩個模型之間的傳遞參數(shù)，利用ADAMS軟件的Controls模塊和AMESim軟件的interface模塊建立軟件接口，進行實時數(shù)據(jù)傳遞，對挖掘機的動力學(xué)模型和多路閥液壓系統(tǒng)模型進行聯(lián)合仿真；
步驟3 :在液壓系統(tǒng)仿真軟件中查看仿真結(jié)果。本發(fā)明的有益效果是
I、建立液壓挖掘機機械模型與多路閥液壓系統(tǒng)模型，通過聯(lián)合仿真的方式，充分利用軟件各自的優(yōu)點，使建模過程更為簡單，且使各軟件的積分器對機械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)各自建立的模型方程的計算更有針對性，結(jié)果更準(zhǔn)確。2、通過建立虛擬樣機進行仿真試驗，可以降低試驗成本，提高試驗效率，縮短設(shè)計時間，對液壓挖掘機多路閥的設(shè)計研發(fā)具有重要意義。


圖I是本發(fā)明實施例的工作流程圖。
圖2是本發(fā)明實施例的挖掘機多路閥液壓系統(tǒng)模型圖。圖3是本發(fā)明實施例的挖掘機機動機械裝置與液壓系統(tǒng)聯(lián)合仿真模型圖。圖4是本發(fā)明實施例的挖掘機多路閥結(jié)構(gòu)參數(shù)快速定義用戶界面圖。圖5是本發(fā)明實施例的挖掘機機械模型的主要約束列表。圖6是本發(fā)明實施例的AMESim、ADAMS模型接口變量列表。圖7是本發(fā)明實施例的MATLAB與AMESim部分接口命令列表。圖8是本發(fā)明實施例的MATLAB中部分ActiveX控制命令列表。
具體實施方式
本發(fā)明液壓挖掘機虛擬樣機的建立方法，如圖I所示，包括以下步驟
步驟I :在動力學(xué)仿真軟件ADAMS中建立液壓挖掘機的動力學(xué)模型，在液壓系統(tǒng)仿真軟件AMESim中建立液壓挖掘機的多路閥液壓系統(tǒng)模型；
步驟2 :將所述動力學(xué)模型和多路閥液壓系統(tǒng)模型仿真過程中存在關(guān)聯(lián)的相關(guān)狀態(tài)變量與參數(shù)作為兩個模型之間的傳遞參數(shù)，利用ADAMS軟件的Controls模塊和AMESim軟件的interface模塊建立軟件接口，進行實時數(shù)據(jù)傳遞，對挖掘機的動力學(xué)模型和多路閥液壓系統(tǒng)模型進行聯(lián)合仿真；
步驟3 :在液壓系統(tǒng)仿真軟件中查看仿真結(jié)果。在本發(fā)明較佳實施例中，在CATIA軟件中建立液壓挖掘機的三維實體模型，利用CATIA軟件與動力學(xué)仿真軟件ADAMS的軟件接口，將所述液壓挖掘機的三維實體模型導(dǎo)入ADAMS軟件中，克服了 ADAMS中難以建立三維實體模型的缺點，利用ADAMS軟件對所述液壓挖掘機的動力學(xué)特性進行分析，建立所述液壓挖掘機的動力學(xué)模型。在本發(fā)明較佳實施例中，利用MATLAB軟件的GUI模塊建立可快速定義液壓挖掘機動作、負(fù)載和多路閥結(jié)構(gòu)參數(shù)的參數(shù)定義用戶界面。對所述液壓挖掘機虛擬樣機和參數(shù)定義用戶界面進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，利用AMESim軟件將液壓挖掘機虛擬樣機所需參數(shù)(液壓挖掘機動作、負(fù)載以及多路閥結(jié)構(gòu)參數(shù)等)建立成全局變量，通過MATLAB軟件調(diào)用EXCEL軟件并讀取其數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)賦給全局變量，以進行液壓挖掘機虛擬樣機參數(shù)設(shè)定。下面，以LG6225為物理原型建立虛擬樣機，對本發(fā)明作進一步說明。(一)LG6225液壓挖掘機動力學(xué)模型
ADAMS建模步驟包括幾何建模、定義約束與施加載荷。I、幾何建模在三維軟件CATIA中完成，結(jié)合液壓挖掘機LG6225工作裝置的零部件的尺寸以及相互鉸接位置的實際測量建立三維模型，為了簡化模型，可以將一些沒有相對運動的部件定義為同一零件。另存成*. igs格式，并轉(zhuǎn)化成*. x_t格式，導(dǎo)入ADAMS中，并對仿真環(huán)境與構(gòu)件特性等進行設(shè)置。2、如圖5所示的表I列出了本發(fā)明挖掘機機械模型所采用的主要約束。一些零部因同步運動而將之間相互約束定義為固定約束，如兩個動臂油缸各自的油缸桿之間是相對固定，在表中并沒有表不出來。同時需要根據(jù)實際情況對模型加入必要的驅(qū)動方式(1)動臂、斗桿和鏟斗的單獨運動是由各自的液壓缸驅(qū)動，可在動臂、斗桿、鏟斗液壓缸與液壓缸桿各自的移動副上創(chuàng)建一個位移驅(qū)動實現(xiàn)；(2)轉(zhuǎn)臺相對行走機構(gòu)運動是由液壓馬達(dá)驅(qū)動，可在轉(zhuǎn)臺與行走機構(gòu)之間轉(zhuǎn)動副上創(chuàng)建一個角度位移驅(qū)動實現(xiàn)；(3)在模型中，行走機構(gòu)與大地之間未加入約束，所以加入一個一般點的運動驅(qū)動，一般點的運動驅(qū)動為6自由度。需要注意的是，現(xiàn)實中行走機構(gòu)與大地之間應(yīng)僅有二個自由度，即平面上某方向平移、平面法線方向旋轉(zhuǎn)的兩個自由度。這里的解決方法是，將一般點相對真實情況多余的4個運動驅(qū)動賦值為O。3、有關(guān)力的方向定義ADAMS有兩種方法，沿坐標(biāo)標(biāo)記坐標(biāo)軸定義力的方向和沿兩點連線的方向定義力的方向。液壓挖掘機的主要負(fù)載為鏟斗與工作面之間的作用力和鏟斗內(nèi)物料的重力鏟斗與工作面之間的作用力主要沿著鏟斗齒向方向的作用力，故采用沿兩點連線的方向方式來定義此力的方向；而鏟斗內(nèi)料的重力則是一直是和重力加速度方向一致的，采用沿坐標(biāo)標(biāo)記坐標(biāo)軸方式來定義此力的方向。(二)LG6225挖掘機多路閥液壓系統(tǒng)模型
AMESim軟件是一門圖形化的編程語言，表現(xiàn)方式直觀，能夠直接的反應(yīng)系統(tǒng)的工作原理，并且其表示符號基本和系統(tǒng)工作圖形符號一致，因此對于建立AMESim程序只要按照系統(tǒng)的工作原理圖建立其圖形化程序即可。結(jié)合LG6225液壓原理建立多路閥液壓系統(tǒng)模型，如圖2所示。(三)LG6225挖掘機機械與液壓模型聯(lián)合仿真
如圖6所示的表2列出了 ADAMS、AMESim之間的輸入與輸出變量關(guān)系。ADAMS、AMESim的軟件數(shù)據(jù)接口由ADAMS/Controls模塊進行定義。通過ADAMS/Controls定義ADAMS模型的輸入輸出變量。AMESim與ADAMS之間的通信數(shù)據(jù)，以狀態(tài)變量的形式實現(xiàn)交換。需在ADAMS中定義成輸入狀態(tài)變量、輸出狀態(tài)變量，可以通過“StateVariable”進行創(chuàng)建。
接著利用AMESim的interface模塊實現(xiàn)ADAMS與AMESim的聯(lián)合。在AMESim中可以通過“Import ADAMS model”命令將ADAMS模型導(dǎo)入AMESim中，進行聯(lián)合模型的搭接，如圖3所示。(四)LG6225挖掘機虛擬樣機參數(shù)定義用戶界面
本發(fā)明通過調(diào)用EXCEL程序并讀取EXCEL中數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型并進行虛擬樣仿真?；谶@些功能，本發(fā)明所設(shè)計的用戶界面，如圖4所示，包括
“修改參數(shù)”按鈕——自動調(diào)用EXCEL軟件，將設(shè)定的多路閥液壓系統(tǒng)參數(shù)EXCEL表格顯示出來，使用戶可以直接在EXCEL修改參數(shù)?！皩?dǎo)入?yún)?shù)”按鈕一自動將修改后的EXCEL表格中多路閥液壓系統(tǒng)參數(shù)調(diào)入到MATLAB中，并傳遞到AMESim、ADAMS聯(lián)合仿真模型中。為便于觀察使數(shù)據(jù)顯示在下方的Table表格中?！皠幼骷巴饬ψ远x”按鈕——自動調(diào)用EXCEL軟件，將設(shè)定的模型動作控制參數(shù)以及外力參數(shù)EXCEL表格顯示出來，使用戶可以直接在EXCEL修改參數(shù)?！皠幼骷巴饬x擇”下拉框一根據(jù)用戶選擇，自動將EXCEL模型動作控制參數(shù)以及外力參數(shù)調(diào)入到MATLAB中，并傳遞到AMESim、ADAMS聯(lián)合仿真模型中。為便于觀察使數(shù)據(jù)顯示在下方的Table表格中?！斑\行”按鈕一通過讀取界面上輸入框內(nèi)的數(shù)值，調(diào)用AMESim、ADAMS聯(lián)合仿真模型，并按照要求進行聯(lián)合仿真。
(五)LG6225挖掘機虛擬樣機和參數(shù)定義用戶界面聯(lián)合
LG6225挖掘機虛擬樣機和參數(shù)定義用戶界面聯(lián)合重點在于MATLAB程序的編寫，包括對AMESim模型的操作與EXCEL的操作等。I、基于MATLAB對AMESim進行操作
為了使MATLAB與AMESim軟件實現(xiàn)聯(lián)合，需要正確安裝MATLAB與AMESim兩個軟件，并進行環(huán)境變量、工作路徑等設(shè)置。MATLAB提供了一系列命令實現(xiàn)對AMESim的操作，如圖7所示的表3列出了 MATLAB與AMESim部分接口命令。 其中，向AMESim傳遞參數(shù)有兩種方種通過命令“ameputp”或命令“ameputgpar”。為了減少編程時的工作量與縮短程序賦值運行時間，本發(fā)明采用命令“ameputgpar”。其賦值方式為是程序賦值到AMESim模型全局參數(shù)，在模型中全局參數(shù)再分發(fā)到模型各參數(shù)，最終實現(xiàn)賦值。此方法的關(guān)鍵點在于需要建立必要的全局參數(shù)，并與各元素相關(guān)聯(lián)。全局變量的創(chuàng)建可以在AMESim軟件中通過“Settings”菜單下的“Global parameters”命令進行創(chuàng)建。2、基于MATLAB對EXCEL進行操作
讀取、寫入EXCEL數(shù)據(jù)的MATLAB命令分別是“XLSREAD”與“XLSWRITE”。對EXCEL中數(shù)據(jù)操作，首先得通過MATLAB調(diào)用EXCEL程序。為了實出與其它軟件的交互協(xié)同工作，MATLAB提供了一系列的同外部程序的接口方法。其中最方便的就是利用ActiveX同MATLAB進行交互。如圖8所示的表4列出了 MATLAB中部分有關(guān)ActiveX控制的命令。以上是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種液壓挖掘機虛擬樣機的建立方法，其特征在于包括以下步驟 步驟I :在動力學(xué)仿真軟件ADAMS中建立液壓挖掘機的動力學(xué)模型，在液壓系統(tǒng)仿真軟件AMESim中建立液壓挖掘機的多路閥液壓系統(tǒng)模型； 步驟2 :將所述動力學(xué)模型和多路閥液壓系統(tǒng)模型仿真過程中存在關(guān)聯(lián)的相關(guān)狀態(tài)變量與參數(shù)作為兩個模型之間的傳遞參數(shù)，利用ADAMS軟件的Controls模塊和AMESim軟件的interface模塊建立軟件接口，進行實時數(shù)據(jù)傳遞，對挖掘機的動力學(xué)模型和多路閥液壓系統(tǒng)模型進行聯(lián)合仿真； 步驟3 :在液壓系統(tǒng)仿真軟件中查看仿真結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種液壓挖掘機虛擬樣機的建立方法，其特征在于在CATIA軟件中建立液壓挖掘機的三維實體模型，利用CATIA軟件與動力學(xué)仿真軟件ADAMS的軟件接口，將所述液壓挖掘機的三維實體模型導(dǎo)入ADAMS軟件中，利用ADAMS軟件對所述液壓挖 掘機的動力學(xué)特性進行分析，建立所述液壓挖掘機的動力學(xué)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種液壓挖掘機虛擬樣機的建立方法，其特征在于利用MATLAB軟件的GUI模塊建立可快速定義液壓挖掘機虛擬樣機動作、負(fù)載和多路閥結(jié)構(gòu)參數(shù)的參數(shù)定義用戶界面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種液壓挖掘機虛擬樣機的建立方法，其特征在于對所述液壓挖掘機虛擬樣機和參數(shù)定義用戶界面進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，利用AMESim軟件將液壓挖掘機虛擬樣機所需參數(shù)建立成全局變量，通過MATLAB軟件讀取EXCEL數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)賦給全局變量，以進行液壓挖掘機虛擬樣機的參數(shù)設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液壓挖掘機虛擬樣機的建立方法，包括以下步驟在動力學(xué)仿真軟件ADAMS中建立液壓挖掘機的動力學(xué)模型，在液壓系統(tǒng)仿真軟件AMESim中建立液壓挖掘機的多路閥液壓系統(tǒng)模型；將動力學(xué)模型和多路閥液壓系統(tǒng)模型仿真過程中存在關(guān)聯(lián)的相關(guān)狀態(tài)變量與參數(shù)作為兩個模型之間的傳遞參數(shù)，利用ADAMS軟件的Controls模塊和AMESim軟件的interface模塊建立軟件接口，進行實時數(shù)據(jù)傳遞，對挖掘機的動力學(xué)模型和多路閥液壓系統(tǒng)模型進行聯(lián)合仿真；在液壓系統(tǒng)仿真軟件中查看仿真結(jié)果。該方法有利于提高液壓挖掘機虛擬樣機仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，降低試驗成本，提高試驗效率，縮短設(shè)計時間。
文檔編號G06F17/50GK102750420SQ201210220560
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者張代偉, 陳淑梅 申請人:福州大學(xué)