本發(fā)明涉及工程機械仿真領(lǐng)域，具體涉及一種液壓裝載機裝載作業(yè)運動軌跡優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

工程機械行業(yè)是高能耗行業(yè)，而我國工程機械行業(yè)的規(guī)模和產(chǎn)值已經(jīng)躍居世界第一。裝載機在整個作業(yè)循環(huán)中,物料鏟裝工作循環(huán)所消耗的能量占裝載機整體消耗能量的比重最大,作業(yè)阻力也是影響裝載機裝載能力和裝載效率的直接因素。同時作業(yè)阻力反映了裝載機工作裝置的結(jié)構(gòu)強度，并且直接關(guān)系到每個工作裝置的工作載荷真實與否。

目前在裝載機設(shè)計過程中所獲得插入阻力、掘起阻力等作業(yè)阻力的方式主要依靠以往的經(jīng)驗公式、試驗研究與現(xiàn)場測試等；利用經(jīng)驗公式計算的作業(yè)阻力，由于計算時考慮的因素不能真實反應(yīng)物體的特性，故計算結(jié)果可能會存在很大的偏差；而試驗研究與現(xiàn)場測試一方面會受到測試環(huán)境和測試設(shè)備等影響，使得到的結(jié)果不夠精確，另一方面物理樣機測試不僅需要較高的成本并且實驗周期也比較長，降低了產(chǎn)品的開發(fā)效率并提升了開發(fā)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種液壓裝載機裝載作業(yè)運動軌跡優(yōu)化方法，該方法克服現(xiàn)有技術(shù)在裝載阻力仿真時精確度低、成本高的缺陷，具有精確度高、成本低的優(yōu)點。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種液壓裝載機裝載作業(yè)運動軌跡優(yōu)化方法，包括以下步驟：

a、利用三維圖形軟件構(gòu)建裝載機鏟裝工作機構(gòu)模型，包括液壓缸模型和鏟斗模型，在多體動力學(xué)軟件中建立與實際相對應(yīng)的裝載機工作機構(gòu)鏟裝運動全過程的動力學(xué)模型并預(yù)設(shè)部分運動參數(shù)，獲得鏟斗運動函數(shù)和液壓缸運動函數(shù)，其中鏟斗運動函數(shù)和液壓缸運動函數(shù)相互關(guān)聯(lián)；

b、在edem軟件中構(gòu)建與實際工況相一致的物料堆，在edem軟件中導(dǎo)入裝載機鏟裝工作機構(gòu)動力學(xué)模型，并使得該模型中的鏟斗運動函數(shù)與步驟a中獲得的鏟斗運動函數(shù)一致；

c、在edem軟件中根據(jù)預(yù)設(shè)的典型工況進(jìn)行鏟斗模型裝載作業(yè)的過程仿真，得到鏟斗模型鏟裝物料全過程的鏟斗運動軌跡以及鏟裝阻力；以減小鏟斗所受力的峰值為目的變動鏟斗運動函數(shù)，得到修正后的鏟斗運動軌跡，對修正后的鏟斗運動軌跡進(jìn)行鏟斗模型裝載作業(yè)的過程仿真，得到修正后的鏟斗模型作業(yè)阻力圖，驗證作業(yè)阻力峰值減小情況，符合要求，則將修正后的鏟斗運動函數(shù)結(jié)合鏟斗速度與加速度擬合成運動曲線；

d、將該運動曲線導(dǎo)入多體動力學(xué)軟件中，得到新的液壓缸運動函數(shù)，從而實現(xiàn)液壓裝載機裝載作業(yè)運動軌跡優(yōu)化。

優(yōu)選地，還包括步驟e：

在多體動力學(xué)軟件對鏟斗模型進(jìn)行柔性化后得到柔性化鏟斗模型，對柔性化鏟斗模型施加鏟裝物料全過程的鏟裝阻力，得到各個鉸接點的受力圖，將受力圖與實際工況下測試得到的受力圖進(jìn)行對比，驗證運動軌跡優(yōu)化的準(zhǔn)確性。

優(yōu)選地，其中典型工況包括：（1）地面鏟掘插入工況：下限位置轉(zhuǎn)斗液壓缸伸長,動臂缸閉鎖,鏟斗收斗,實現(xiàn)物料的鏟裝；

（2）下限收斗舉升工況：轉(zhuǎn)斗液壓缸閉鎖,動臂缸伸長,動臂上舉,實現(xiàn)物料的舉升；

（3）上限工況：上限位置轉(zhuǎn)斗液壓缸收縮,動臂缸閉鎖,鏟斗翻轉(zhuǎn),實現(xiàn)物料的卸載；

（4）上限卸料工況：轉(zhuǎn)斗液壓缸閉鎖,動臂缸收縮,動臂下降,鏟斗自動放平,自動進(jìn)入下一次鏟掘狀態(tài).

優(yōu)選地，步驟a中所述的運動參數(shù)包括鏟斗在x方向的速度、鏟斗在z方向的速度、鏟斗在x方向的加速度、鏟斗在z方向的加速度、鏟斗在y方向的角速度、鏟斗在y方向的角加速度。

優(yōu)選地，所述的多體動力學(xué)軟件為adams軟件。

本發(fā)明仿真方法采用adams軟件與edem軟件聯(lián)合仿真，對可能范圍內(nèi)的運動軌跡進(jìn)行遍歷，找到作業(yè)阻力峰值的最小值對應(yīng)的運動軌跡，實際裝載機以此運動軌跡進(jìn)行裝載作業(yè)，可使得鏟斗受力的峰值達(dá)到最小值，從而增加鏟斗的使用壽命；

通過改變優(yōu)選的運動參數(shù)來改變運動軌跡，能夠獲得更多運動軌跡下的作業(yè)阻力情況，進(jìn)而選取阻力峰值最小的運動軌跡，從而使得仿真范圍更廣，避免遺漏掉作業(yè)阻力最小峰值的情況；本發(fā)明采用仿真模型替代物理樣機模型，既降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本，也縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期；并且，通過對鏟斗模型柔性化后對各鉸接點受力進(jìn)行求解，并與實際測試結(jié)果比對，驗證優(yōu)化的準(zhǔn)確性，同時，利用仿真模型試驗，模型參數(shù)修改方便，有利于產(chǎn)品的參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計。

附圖說明

圖1為液壓裝載機裝載作業(yè)運動軌跡優(yōu)化方法的流程圖

圖2為實施例1優(yōu)化方法的部分預(yù)設(shè)運動參數(shù)

圖3為實施例1優(yōu)化方法中步驟a得到的運動軌跡圖

圖4為實施例1優(yōu)化方法中步驟a得到的運動軌跡對應(yīng)的作業(yè)阻力圖

圖5為實施例1優(yōu)化方法中修正運動軌跡圖

圖6為實施例1優(yōu)化方法中修正運動軌跡對應(yīng)的作業(yè)阻力圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例具體說明本發(fā)明。

實施例1

如圖1所示，本實施例提供的液壓裝載機裝載作業(yè)運動軌跡優(yōu)化方法包括以下步驟：

a、利用三維圖形軟件構(gòu)建裝載機鏟裝工作機構(gòu)模型，包括液壓缸模型和鏟斗模型，在多體動力學(xué)軟件中建立與實際相對應(yīng)的裝載機工作機構(gòu)鏟裝運動全過程的動力學(xué)模型并預(yù)設(shè)部分運動參數(shù)，獲得鏟斗運動函數(shù)和液壓缸運動函數(shù)，其中鏟斗運動函數(shù)和液壓缸運動函數(shù)相互關(guān)聯(lián)；

本實施例采用的多體動力學(xué)軟件為adams，部分預(yù)設(shè)運動參數(shù)如圖2所示；

具體為：在ug軟件中，根據(jù)實際裝載機的模型參數(shù)，并對該模型進(jìn)行適當(dāng)簡化，構(gòu)建裝載機鏟裝工作機構(gòu)，包括：1.舉升液壓缸、2.動臂、3.連桿、4.鏟斗、5.搖臂、6.轉(zhuǎn)斗液壓缸的ug模型，將創(chuàng)建好的ug模型導(dǎo)入進(jìn)adams中；

其中預(yù)設(shè)的運動參數(shù)包括：鏟斗在x方向的速度、鏟斗在z方向的速度、鏟斗在x方向的加速度、鏟斗在z方向的加速度、鏟斗在y方向的角速度、鏟斗在y方向的角加速度；

b、在edem軟件中構(gòu)建與實際工況相一致的物料堆，在edem軟件中導(dǎo)入裝載機鏟裝工作機構(gòu)動力學(xué)模型，并使得該模型中的鏟斗運動函數(shù)與步驟a中獲得的鏟斗運動函數(shù)一致；

具體為：構(gòu)建與實際工況相一致的散裝物料模型，進(jìn)而構(gòu)建物料堆，導(dǎo)入adams軟件中的動力學(xué)模型；

構(gòu)建散裝物料模型包括以下步驟：1.設(shè)置全局變量；2.設(shè)置礦石顆粒的外形參數(shù)；3.設(shè)置顆粒工廠；4.考慮物料受外界影響的因素；

c、在edem軟件中根據(jù)預(yù)設(shè)的典型工況進(jìn)行鏟斗模型裝載作業(yè)的過程仿真，得到鏟斗模型鏟裝物料全過程的鏟斗運動軌跡以及鏟裝阻力；以減小鏟斗所受力的峰值為目的變動鏟斗運動函數(shù)，得到修正后的鏟斗運動軌跡，對修正后的鏟斗運動軌跡進(jìn)行鏟斗模型裝載作業(yè)的過程仿真，得到修正后的鏟斗模型作業(yè)阻力圖，驗證作業(yè)阻力峰值減小情況，符合要求，則將修正后的鏟斗運動函數(shù)結(jié)合鏟斗速度與加速度擬合成運動曲線；

具體為：

在edem軟件根據(jù)預(yù)設(shè)的典型工況，進(jìn)行鏟斗模型裝載作業(yè)的過程仿真，得到鏟斗模型鏟裝物料時的初始鏟斗運動軌跡（如圖3所示）以及作業(yè)阻力圖（如圖4所示）；以減小鏟斗所受力的峰值為目的變動鏟斗運動函數(shù)，得到不同運動函數(shù)對應(yīng)的不同運動軌跡，并對各運動軌跡進(jìn)行鏟斗模型裝載作業(yè)的過程仿真，得到不同運動軌跡下的鏟斗模型作業(yè)阻力圖的峰值情況，進(jìn)而得到最小峰值對應(yīng)的鏟斗運動軌跡，即修正運動軌跡（如圖5所示），以及修正運動軌跡對應(yīng)的作業(yè)阻力圖（如圖6所示）；則將修正后的鏟斗運動函數(shù)結(jié)合鏟斗速度與加速度擬合成運動曲線；

其中典型工況包括：

（1）地面鏟掘插入工況：下限位置轉(zhuǎn)斗液壓缸伸長,動臂缸閉鎖,鏟斗收斗,實現(xiàn)物料的鏟裝；

（2）下限收斗舉升工況：轉(zhuǎn)斗液壓缸閉鎖,動臂缸伸長,動臂上舉,實現(xiàn)物料的舉升；

（3）上限工況：上限位置轉(zhuǎn)斗液壓缸收縮,動臂缸閉鎖,鏟斗翻轉(zhuǎn),實現(xiàn)物料的卸載；

（4）上限卸料工況：轉(zhuǎn)斗液壓缸閉鎖,動臂缸收縮,動臂下降,鏟斗自動放平,自動進(jìn)入下一次鏟掘狀態(tài)；

d、將該運動曲線導(dǎo)入多體動力學(xué)軟件中，得到新的液壓缸運動函數(shù)，從而實現(xiàn)液壓裝載機裝載作業(yè)運動軌跡優(yōu)化；

具體為：

將步驟c得到的運動曲線導(dǎo)入adams中，得到新的液壓缸運動函數(shù)，完成液壓裝載機裝載作業(yè)運動軌跡優(yōu)化；

e、在adams對鏟斗模型進(jìn)行柔性化后得到柔性化鏟斗模型，對柔性化鏟斗模型施加鏟裝物料全過程的鏟裝阻力，得到各個鉸接點的受力圖，將受力圖與實際工況下測試得到的受力圖進(jìn)行對比，驗證運動軌跡優(yōu)化的準(zhǔn)確性。