混凝土泵车臂架参数化设计平台的研究.pdf

BI uDGE AND TUNNEL CoNS TRUCTI ON AND M ACHI NERY 文章编号 ： 1 0 0 0 0 3 3 X( 2 0 1 4 ) 0 6 0 0 8 3 0 4 混凝 土泵 车臂架参数化设计平 台的研究 张 景 ， 国宏斌。 ， 揭琳锋 ， 龚 友。 ( 1 扬州 中集通华专用车有 限公 司， 江苏 扬州 2 2 5 0 0 9 ； 2 江苏省特种设备安全监督检验研究 院扬州分 院 ， 江苏 扬 州 2 2 5 0 0 0 ； 3 中集车辆( 集团) 有限公司 ， 广 东 深圳 5 1 8 0 6 7 ) 摘 要 ： 臂 架 系统是 影响 泵车性 能 的重要部 件 ， 通过 对 多体 动 力 学软 件 ADAMS的二 次 开发 ， 建立 一 个以模块化、 参数化关键技术为特征的臂架分析平台。以某型号臂架为例 ， 在仿真平台上建立了 臂架的模型并进行 了运动学、 动力学分析 。平 台的实际使 用效果表 明， 该平 台可为企业设计人员提 供 专业、 可靠、 便捷的设计工具 ， 该仿真系统具有重要的现 实意义和广泛的工程应用前景。 关键词： 混凝土泵车臂 架； ADAMs ； 参数化 ； 模块化 中图分类号 ： U4 1 5 5 文献标志码 ： B Re s e a r c h o n Pa r a m e t e r i z e d De s i g n Pl a t f o r m f o r Bo o m S y s t e m o f Co n c r e t e Pu mp Tr u c k ZHANG J i n g ，GUO Ho n g b i n 。 ，J I E L i n f e n g ( 1 Ya n g z h o u CI MC T o n g h u a S p e c i a l Ve h i c l e s C o Lt d ，Ya n g z h o u 2 2 5 0 0 9 ，J i a n g s u ，Ch i n a ；2 Ya n g z h o u B r a n c h o f J i a n g s u S p e c i a l Eq u i p me n t S a f e t y S u p e r v i s i o n I n s p e c t i o n I n s t i t u t e ， Ya n g z h o u 2 2 5 0 0 0，J i a n g s u ，Ch i n a ； 3 C I M C Ve h i c l e ( Gr o u p )C o Lt d ，S h e n z h e n 5 1 8 0 6 7 ，Gu a n g d o n g ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Gi v e n t h a t b o o m s y s t e m i s a n i mp o r t a n t p a r t o f c o n c r e t e p u mp t r u c k t h a t mi g h t a f f e c t t h e p e r f o r ma n c e ，a n a n a l y t i c p l a t f o r m wh i c h c h a r a c t e r i z e s mo d u l a r i z a t i o n a n d p a r a me t e r i z a t i o n wa s bu i l t t h r oug h a s e c o nd a r y de ve l op me nt wi t h ADAM S Ce r t a i n t y pe of b o o m s ys t e m wa s c h os e n，b a s e d o n wh i c h a m o de l wa s e s t a bl i s he d i n s i m u l a t i on p l a t f o r m ，a nd t he d yn a mi c s a nd ki ne t i c s a n a l ys i s wa s c a r r i e d o ut The p l a t f or m s h o w s i t s v a l ue i n a pp l i c a t i o n a s a pr o f e s s i o na l ， r e l i a bl e a n d ha ndy de ve l op m e nt t o o l ，e a r n i ng i t s e l f gr e a t p r os pe c t i n e n gi n e e r i ng Ke y wo r d s：b oo m s ys t e m o f c o nc r e t e pu m p t r u c k；ADAM S；p a r a me t e r i z a t i o n；m o du 1 a r i z a t i o n 0 引 言 长期以来 ， 混凝土泵车臂架 的设计多采用手工 计算的方式， 选取一些特殊位置对油缸 的受力情况 进行分析 1 ， 这种方式的计算精度差 ， 而且无法确切 地 了解各 油缸 在整个 工况 运动 过程 中的受力 变化趋 势和油缸达到最大压 ( 拉) 力时的具体位置。因此这 种方 法会 在设计 中漏 掉许 多 油缸 受 力 很 大 的工 况 ， 导致油缸在实际工作中出现负载过大的情况 ； 同时， 也无 法 知道 臂 架 系统 在 运 动过 程 中 的 实 际运 动 轨 迹 、 速度 、 加速 度等 参 数 ， 直 接 制 约着 臂 架 系统 设计 的可靠性和开发效率。 虚 拟样机 技术 的出现很 好地解 决 了传统 方法 在 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 1 1 - 1 1 设计 、 优 化 等 方 面 的 缺 点 。利 用 多 体 动 力 学 软 件 AD AMS进行二次开发 ， 可以实现将臂架系统的参 数化 建模 、 动力 学 仿 真 、 结 构 优化 集 于 一 体 ， 其 开 发 的界 面简 单 易懂 ， 适 合 各 类 人 员 操作 。用 户 只 需 要输入相应 的参数 ， 就可 以建立不 同结构的模型 ， 而 无需 进行 繁琐 的建模 过 程 。本 文 针对臂 架 系统 的基 本形式 ， 以 AD AMS软件为基础 ， 对其进行 二次开 发 ， 建 立参 数化 设 计 分析 平 台 ， 以满 足 不 同长 度 、 结 构形式臂架的 自动建模 、 分析与优化_ 3 。 1 参数化设计平 台的二次开发基础 平 台 的建 立 主 要 使 用 AD AMS的 二 次 开 发 功 能 ， 同时满 足 用 户 的 设 计 需 求 、 功 能 需 求 和 理 论 要 8 3 BRj DGE AND TUNNEL CoNS TRUCTI oN AND M ACHI NERY 求 ， 在不 改变 现有 软件 系统 的基 础 上进 行 软 件 的功 能扩 展 ， 得 到想 要 的功 能 。 多体动力学软件 A DA MS具有很强的二次开发 功能， 包括 AD A MS V i e w界面的用户化设计 ， 利用 C MD语 言实现 自动建 模 和仿 真 控制 ， 通 过编 制 用 户 菜单和用户对话框可以满足用户的某些特定需求 ， 开 发 出相应 的模块 ， 极 大地拓展 了 AD A MS的功 能 。 1 1 定制 用户界 面 AD AMS Vi e w 的界 面对象 都 是 以层 次结 构 存 储 在模 型数 据库 中 ， 类 似 于零件 模 型的层 次结 构 ， 如 图 1所 示。所有 定 制 的界 面 对 象 都存 储 在 名为 GUI的数 据库 中 ， 该 数据 库可 以很 方便 地 管 理 所有 的标 准界 面对象 。 弹出菜单 菜单 按钮 开关按钮 分割条 GUI 数 据库 窗口卜 _ 一 对话框 工 按钮 串 标签 数据区 按钮 开关按钮 分割条 滑动条 可选菜 单 状态 设置框 标签界 面对象 数据表 图 1 界面对象的层次结构 在大多数情况下 ， 用户定制界面是指制作用户 自己的菜单 和对 话框 。通 常可 使用 菜单 编辑 器和 对 话 框 编辑器 来 定制 界 面 ， 通 过 它们 可 以很 快 地 访 问 并改变大多数界面对象和功能 。 1 2 宏命 令 宏命令是 AD AMS的一组命令集 ， 它可以执行 一 连串的 AD AMS Vi e w命令 。创建宏命令 时， 首 先 按顺 序 列 出想 执 行 的 AD AMS vi e w 命 令 清 单 ， 然 后 就可 以将 这些命 令 写成宏 命令 的形 式 。在宏 命 令 中也可以使用参数 ， 以便让宏命 令与模型交换数 据 。每次使用宏命令时 ， 都将通过对话框参数设置 将数据传给宏 。当执行 带有参数 的宏命令 时， AD AMS V i e w将所提供的值代人宏命令 中。 8 4 ADAMS Vi e w 对 宏 命 令 与 其 他 的 AD AMS Vi e w命令 一样 ， 可 以在命 令窗 口或其他 的宏命 令 中 ， 或者从 自己的定制菜 单、 对话框 或按钮 中执行 它。使用宏命令可以实现以下功能 ： 自动建模 、 仿真 和检查 分 析 ； 自动 完 成 重 复 性 的操 作 ； 与 AD AMS Vi e w建立模型数据交换功能； 自动建立整个模型 ； 建 立机 械 系统 的所需 变量 。 2参数化设计平 台总体 规划 2 1模块 划 分 根据臂架系统设计的要求 ， 采用模块化设计方 案 ， 将臂架参数化设计平 台划分为人机交互界面 、 功 能模块、 数据管理模块 。功能模块包括参数化建模 模块 、 参数化装配模块 、 驱动添加模块 、 分析模块 、 结 果 提取模 块 。数据 管理 模块 主要 用于 储存 已有 各种 臂架 的标 准模 板 ， 并 可 不断补 充 。 2 2 参 数化 设计 参数 化设 计 即根 据 臂 架 系统 的结 构 特 点 ， 选 取 关 键参数 ， 建 立臂 架 系统 的参 数 化零件 库 ， 包括 几何 模 型参数 化 、 装配参 数 化 、 驱 动参 数化 等 。 参数 化设 计所 需 参 数 包 括几 何 参 数 ( 如部 件 的 外形和安装位置等) 、 物理参数( 如质量 、 质心位置和 转动惯量等) 和力学参数。 根 据多 体 动力 学 理论 和 A DAMS软 件 的要 求 ， 如果臂架模型的几何参数 、 物理参数和力学参 数与 实 际结 构相 同， 模 型 就 能 表 达 出实 际结 构 的 几 何 关 系 、 物理关 系和力学关系， 仿真结果和实际臂架系统 是 等价 的 。 3 参数化设计平 台开发 二 次开 发后 的专用 分析 平 台要求 能 以菜单 和对 话 框为 人机 交互 界面 自动完 成臂 架 系统 的动力 学 建 模 ； 根据 输入 的工 况条 件 自动完 成动 力学 分析 ； 在 分 析结果中 自动实现有关数据 的提取、 管 理和显示 。 平 台运 行流 程如 图 2所示 。 3 1平台 文件 的组 织及环 境初 始化 二 次开 发文 件包 含 5种 程 序 文 件 ， 分 别 是 菜 单 文 件 、 对 话框 文 件 、 ADA MS命 令 文 件 、 模 块 启 动 文 件和 AD AMS环境初始化文件 。其 中 ADAMS命 令文件的文件名作为一个宏命令直接调用。 AD AMS启动 时 ， 运 行 启 动 文 件 ， 即 双 击 A D AMS Vi e w桌 面 快捷 方 式 就 可 以进 入 臂 架 系统 的