本發(fā)明涉及工程機(jī)械仿真領(lǐng)域，具體涉及一種液壓裝載機(jī)裝載作業(yè)運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

工程機(jī)械行業(yè)是高能耗行業(yè)，而我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)的規(guī)模和產(chǎn)值已經(jīng)躍居世界第一。裝載機(jī)在整個(gè)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(jī)整體消耗能量的比重最大,作業(yè)阻力也是影響裝載機(jī)裝載能力和裝載效率的直接因素。同時(shí)作業(yè)阻力反映了裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且直接關(guān)系到每個(gè)工作裝置的工作載荷真實(shí)與否。

目前在裝載機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)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(yàn)公式、試驗(yàn)研究與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等；利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的作業(yè)阻力，由于計(jì)算時(shí)考慮的因素不能真實(shí)反應(yīng)物體的特性，故計(jì)算結(jié)果可能會(huì)存在很大的偏差；而試驗(yàn)研究與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試一方面會(huì)受到測(cè)試環(huán)境和測(cè)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(jī)測(cè)試不僅需要較高的成本并且實(shí)驗(yàn)周期也比較長(zhǎng)，降低了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率并提升了開(kāi)發(fā)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種液壓裝載機(jī)裝載作業(yè)運(yùn)動(dòng)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(shí)精確度低、成本高的缺陷，具有精確度高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種液壓裝載機(jī)裝載作業(yè)運(yùn)動(dòng)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(jī)鏟裝工作機(jī)構(gòu)模型，包括液壓缸模型和鏟斗模型，在多體動(dòng)力學(xué)軟件中建立與實(shí)際相對(duì)應(yīng)的裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)鏟裝運(yùn)動(dòng)全過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型并預(yù)設(shè)部分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，獲得鏟斗運(yùn)動(dòng)函數(shù)和液壓缸運(yùn)動(dòng)函數(shù)，其中鏟斗運(yùn)動(dòng)函數(shù)和液壓缸運(yùn)動(dòng)函數(shù)相互關(guān)聯(lián)；

b、在edem軟件中構(gòu)建與實(shí)際工況相一致的物料堆，在edem軟件中導(dǎo)入裝載機(jī)鏟裝工作機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，并使得該模型中的鏟斗運(yùn)動(dòng)函數(shù)與步驟a中獲得的鏟斗運(yùn)動(dòng)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(guò)程仿真，得到鏟斗模型鏟裝物料全過(guò)程的鏟斗運(yùn)動(dòng)軌跡以及鏟裝阻力；以減小鏟斗所受力的峰值為目的變動(dòng)鏟斗運(yùn)動(dòng)函數(shù)，得到修正后的鏟斗運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)修正后的鏟斗運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行鏟斗模型裝載作業(yè)的過(guò)程仿真，得到修正后的鏟斗模型作業(yè)阻力圖，驗(yàn)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(yùn)動(dòng)函數(shù)結(jié)合鏟斗速度與加速度擬合成運(yùn)動(dòng)曲線；

d、將該運(yùn)動(dòng)曲線導(dǎo)入多體動(dòng)力學(xué)軟件中，得到新的液壓缸運(yùn)動(dòng)函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)液壓裝載機(jī)裝載作業(yè)運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化。

優(yōu)選地，還包括步驟e：

在多體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)鏟斗模型進(jìn)行柔性化后得到柔性化鏟斗模型，對(duì)柔性化鏟斗模型施加鏟裝物料全過(guò)程的鏟裝阻力，得到各個(gè)鉸接點(diǎn)的受力圖，將受力圖與實(shí)際工況下測(cè)試得到的受力圖進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)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(zhǎng),動(dòng)臂缸閉鎖,鏟斗收斗,實(shí)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(dòng)臂缸伸長(zhǎng),動(dòng)臂上舉,實(shí)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(dòng)臂缸閉鎖,鏟斗翻轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)物料的卸載；

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

優(yōu)選地，步驟a中所述的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(duì)可能范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行遍歷，找到作業(yè)阻力峰值的最小值對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)際裝載機(jī)以此運(yùn)動(dòng)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(guò)改變優(yōu)選的運(yùn)動(dòng)參數(shù)來(lái)改變運(yùn)動(dòng)軌跡，能夠獲得更多運(yùn)動(dòng)軌跡下的作業(yè)阻力情況，進(jìn)而選取阻力峰值最小的運(yùn)動(dòng)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(jī)模型，既降低了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本，也縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期；并且，通過(guò)對(duì)鏟斗模型柔性化后對(duì)各鉸接點(diǎn)受力進(jìn)行求解，并與實(shí)際測(cè)試結(jié)果比對(duì)，驗(yàn)證優(yōu)化的準(zhǔn)確性，同時(shí)，利用仿真模型試驗(yàn)，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(jì)。

附圖說(shuō)明

圖1為液壓裝載機(jī)裝載作業(yè)運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化方法的流程圖

圖2為實(shí)施例1優(yōu)化方法的部分預(yù)設(shè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)

圖3為實(shí)施例1優(yōu)化方法中步驟a得到的運(yùn)動(dòng)軌跡圖

圖4為實(shí)施例1優(yōu)化方法中步驟a得到的運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的作業(yè)阻力圖

圖5為實(shí)施例1優(yōu)化方法中修正運(yùn)動(dòng)軌跡圖

圖6為實(shí)施例1優(yōu)化方法中修正運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的作業(yè)阻力圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例具體說(shuō)明本發(fā)明。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例提供的液壓裝載機(jī)裝載作業(yè)運(yùn)動(dòng)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(jī)鏟裝工作機(jī)構(gòu)模型，包括液壓缸模型和鏟斗模型，在多體動(dòng)力學(xué)軟件中建立與實(shí)際相對(duì)應(yīng)的裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)鏟裝運(yùn)動(dòng)全過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型并預(yù)設(shè)部分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，獲得鏟斗運(yùn)動(dòng)函數(shù)和液壓缸運(yùn)動(dòng)函數(shù)，其中鏟斗運(yùn)動(dòng)函數(shù)和液壓缸運(yùn)動(dòng)函數(shù)相互關(guān)聯(lián)；

本實(shí)施例采用的多體動(dòng)力學(xué)軟件為adams，部分預(yù)設(shè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)如圖2所示；

具體為：在ug軟件中，根據(jù)實(shí)際裝載機(jī)的模型參數(shù)，并對(duì)該模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，構(gòu)建裝載機(jī)鏟裝工作機(jī)構(gòu)，包括：1.舉升液壓缸、2.動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(shí)際工況相一致的物料堆，在edem軟件中導(dǎo)入裝載機(jī)鏟裝工作機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，并使得該模型中的鏟斗運(yùn)動(dòng)函數(shù)與步驟a中獲得的鏟斗運(yùn)動(dòng)函數(shù)一致；

具體為：構(gòu)建與實(shí)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(dòng)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(guò)程仿真，得到鏟斗模型鏟裝物料全過(guò)程的鏟斗運(yùn)動(dòng)軌跡以及鏟裝阻力；以減小鏟斗所受力的峰值為目的變動(dòng)鏟斗運(yùn)動(dòng)函數(shù)，得到修正后的鏟斗運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)修正后的鏟斗運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行鏟斗模型裝載作業(yè)的過(guò)程仿真，得到修正后的鏟斗模型作業(yè)阻力圖，驗(yàn)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(yùn)動(dòng)函數(shù)結(jié)合鏟斗速度與加速度擬合成運(yùn)動(dòng)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(guò)程仿真，得到鏟斗模型鏟裝物料時(shí)的初始鏟斗運(yùn)動(dòng)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(dòng)鏟斗運(yùn)動(dòng)函數(shù)，得到不同運(yùn)動(dòng)函數(shù)對(duì)應(yīng)的不同運(yùn)動(dòng)軌跡，并對(duì)各運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行鏟斗模型裝載作業(yè)的過(guò)程仿真，得到不同運(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)的鏟斗運(yùn)動(dòng)軌跡，即修正運(yùn)動(dòng)軌跡（如圖5所示），以及修正運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的作業(yè)阻力圖（如圖6所示）；則將修正后的鏟斗運(yùn)動(dòng)函數(shù)結(jié)合鏟斗速度與加速度擬合成運(yùn)動(dòng)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(zhǎng),動(dòng)臂缸閉鎖,鏟斗收斗,實(shí)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(dòng)臂缸伸長(zhǎng),動(dòng)臂上舉,實(shí)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(dòng)臂缸閉鎖,鏟斗翻轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)物料的卸載；

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

d、將該運(yùn)動(dòng)曲線導(dǎo)入多體動(dòng)力學(xué)軟件中，得到新的液壓缸運(yùn)動(dòng)函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)液壓裝載機(jī)裝載作業(yè)運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化；

具體為：

將步驟c得到的運(yùn)動(dòng)曲線導(dǎo)入adams中，得到新的液壓缸運(yùn)動(dòng)函數(shù)，完成液壓裝載機(jī)裝載作業(yè)運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化；

e、在adams對(duì)鏟斗模型進(jìn)行柔性化后得到柔性化鏟斗模型，對(duì)柔性化鏟斗模型施加鏟裝物料全過(guò)程的鏟裝阻力，得到各個(gè)鉸接點(diǎn)的受力圖，將受力圖與實(shí)際工況下測(cè)試得到的受力圖進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化的準(zhǔn)確性。