基于ADAMS的履帶式起重機履帶板二次開發(fā)建模 *

廖建國，尹旭男，齊 芳，張 強，李 兵

(1.浙江三一裝備有限公司，浙江 湖州 313000； 2.湖州師范學院 工學院，浙江 湖州 313000)

0 引 言

履帶行走機構是履帶起重機重要的機構之一，其動態(tài)特性直接影響整個起重機的工作性能[1]。國內(nèi)履帶起重機的制造廠商主要依據(jù)經(jīng)驗及類比的方法來進行履帶行走裝置的設計，再通過樣機試驗來發(fā)現(xiàn)問題[2]。這既花費了大量的時間和精力，又存在巨大的經(jīng)濟風險[3]。

近年來國內(nèi)許多學者利用ADAMS二次開發(fā)來研究起重機的質(zhì)量和性能，通過提取履帶式起重機在不同工況下的載荷譜，進行疲勞情況的仿真分析，從而判斷起重機使用壽命等[4]，此舉可以大大提高起重機的安全性。在多體動力學仿真的過程中，建模又是履帶式起重機質(zhì)量檢測的重要一部分。由于履帶式起重機的履帶板需要并行排列且數(shù)量較多，導致履帶板接口處對齊的精度和準度很難保證，導致動力學仿真結果和實際測量結果差異較大[5]。且履帶起重機車型多變，但行走系統(tǒng)主體結構形式一致，不同車型履帶行走系統(tǒng)僅僅是尺寸大小變化，導致重復建模，工作量大。

為了解決以上問題，筆者利用ADAMS軟件對起重機履帶板進行二次開發(fā)建模，先在軟件中對單個履帶板簡化建模，編寫cmd命令流并錄制，將錄制的宏命令放在程序前端，提取宏命令中的建模相關參數(shù)作為界面開發(fā)中的輸入?yún)?shù)，然后添加導入導出的命令。依據(jù)嚙合節(jié)圓軌跡線編寫履帶板纏繞軌跡算法，通過界面開發(fā)，實現(xiàn)不同車型的履帶板在履帶架上自動纏繞，最后對程序進行調(diào)試優(yōu)化，增加程序的可靠性。

1 履帶板的二次開發(fā)建模

利用ADAMS進行的履帶板二次開發(fā)功能包括履帶板建模、履帶板纏繞軌跡線算法和定制界面。履帶板二次開發(fā)建模流程如圖1所示。

圖1 履帶板二次開發(fā)建模流程圖

1.1 履帶板建模

在ADAMS中建立模型時有兩種方案：一種為外部導入模型，另一種為在ADAMS中通過軟件自帶建模方法進行建模。第一種方案優(yōu)點是三維模型準確性好；缺點是模型較為復雜，仿真效率低。第二種方案優(yōu)點是模型簡單，仿真效率高；缺點是準確性不高。上述兩種方案都有各自的適用場合。由于履帶起重機行走過程的動力學仿真主要目標是提取各個部件間的載荷，對履帶板三維模型精度要求不高，因此本文采用第二種方案。

1.1.1 履帶板模型簡化

在ADAMS軟件中使用拉伸、圓角等簡單命令對履帶板模型進行簡化建模。簡化后的模型如圖2所示。

圖2 履帶板的簡化模型

1.1.2 錄制cmd命令流

使用ADAMS軟件中菜單欄中工具-宏-錄制/播放命令，對履帶板建模流程進行錄制，并把錄制后的宏命令作為程序放于程序前部。提取宏命令中的建模相關參數(shù)作為界面開發(fā)中的輸入?yún)?shù)。

1.1.3 添加導入導出命令

在ADAMS軟件中添加導出導入命令。

1.2 履帶板纏繞軌跡線算法

為了保證接口對齊的準確度，可以采用ADAMS二次開發(fā)功能，編寫cmd命令流，通過不斷的調(diào)整張緊端的位置，實現(xiàn)履帶板的自動纏繞。由于整個履帶板是單個履帶板的復制，因此每個器件的參數(shù)不會出現(xiàn)太大差異，可以通過建立履帶板接口偏差與張緊端的位置參數(shù)的算法，實現(xiàn)模型自動調(diào)整功能。履帶板纏繞結構簡如圖3所示。

圖3 履帶板纏繞結構簡圖

圖4為嚙合節(jié)圓軌跡線。根據(jù)圖4中的標注尺寸計算嚙合節(jié)圓軌跡線在驅動輪、張緊輪、支承輪等處履帶板的走向，計算各個區(qū)間段處能夠布置的履帶板個數(shù)。通過復制及while循環(huán)函數(shù)建立完整的履帶板纏繞模型，完成代碼的編寫。

圖4 嚙合節(jié)圓軌跡線

1.3 定制界面

1.3.1 履帶板簡化建模

根據(jù)履帶板模型二維圖紙的相關尺寸(見圖5)在ADAMS軟件中建立履帶板模型。

圖5 履帶板模型的二維圖紙

1.3.2 履帶板纏繞系統(tǒng)的建立

履帶板建模系統(tǒng)的界面如圖6所示。圖6界面的參數(shù)按照圖5中的正確尺寸對應填寫，在ADAMS中實現(xiàn)履帶板模型的建立或導入。履帶板纏繞系統(tǒng)(見圖7)按照圖4的正確尺寸填寫，在ADAMS中實現(xiàn)履帶板纏繞模型的建立。在此界面后臺程序中添加旋轉副建立程序，然后自動添加每兩塊履帶板之間的旋轉副。

圖6 履帶板建模系統(tǒng)的界面 圖7 履帶板纏繞系統(tǒng)的界面

1.3.3 檢測及自動調(diào)節(jié)程序

完成上述程序后，編寫自動檢測調(diào)節(jié)程序，保證自動建立后的履帶板纏繞誤差滿足動力學仿真需求。

通過完成上述流程后，最終實現(xiàn)履帶板自動纏繞功能，并保證圖3中接口對齊，最終建立完整的履帶板纏繞模型圖如圖8所示。且提供的建模系統(tǒng)和纏繞系統(tǒng)可用來建立各種不同車型的履帶行走機構。

圖8 完整的履帶板纏繞模型圖

2 結 語

采用ADAMS軟件對履帶板進行二次開發(fā)，開發(fā)功能包括履帶板建模、履帶板纏繞軌跡線算法和定制界面，最終在ADAMS軟件中建立適合不同車型，且履帶接口精度高的履帶模型。利用ADAMS對履帶板二次開發(fā)建模，可以大大節(jié)省了建模時間，提高了建立履帶板模型的準確性，為下一步動力學仿真奠定了基礎。