摘 要：文章以ZL50輪式裝載機(jī)為對(duì)象，在分析其牽引性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)在ADAMS軟件中建立動(dòng)力學(xué)模型，應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，形成裝載機(jī)的虛擬樣機(jī)系統(tǒng)，然后進(jìn)行初步的性能仿真試驗(yàn)和參數(shù)優(yōu)化，為裝載機(jī)的不斷完善提供方法和依據(jù)。通過(guò)文章的探討，以期對(duì)相關(guān)人員的工作提供參考。

關(guān)鍵詞：輪式裝載機(jī)；動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)；虛擬分析

引言

輪式裝載機(jī)是一種通過(guò)安裝在前端一個(gè)完整的鏟斗支承結(jié)構(gòu)和連桿，隨機(jī)器向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)行裝載或挖掘，以及提升、運(yùn)輸和卸載的輪胎機(jī)械，廣泛用于公路、建筑、礦山等工程領(lǐng)域，對(duì)于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，加快工程建設(shè)速度，提高工程質(zhì)量起著重要的作用。

虛擬樣機(jī)技術(shù)作為一種技術(shù)手段，在汽車(chē)工業(yè)里面被普遍采用，通過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，可以達(dá)到評(píng)價(jià)汽車(chē)操作穩(wěn)定性和耐久性的目的。輪式裝載機(jī)屬于循環(huán)式作業(yè)機(jī)械，對(duì)其研究目前仍存在不足之處，通過(guò)虛擬樣機(jī)技術(shù)來(lái)對(duì)輪式裝載機(jī)進(jìn)行性能仿真試驗(yàn)和參數(shù)優(yōu)化，不失為一種解決問(wèn)題的方法。文章主要針對(duì)ZL50輪式裝載機(jī)作為研究對(duì)象進(jìn)行建模與分析，其具體參數(shù)如表1所示。

1 ZL50輪式裝載機(jī)動(dòng)力學(xué)建模

由于ZL50輪式裝載機(jī)是一個(gè)非常復(fù)雜的多體系統(tǒng)，因此通過(guò)建立裝載機(jī)模型的方式研究各個(gè)系統(tǒng)綜合性能是一種有效的方法。虛擬樣機(jī)在構(gòu)造上是與實(shí)際裝載機(jī)動(dòng)力學(xué)行為相似的等價(jià)模型，該等價(jià)模型在物理性能上等同或十分相似于實(shí)際系統(tǒng)，但比實(shí)際的裝載機(jī)更簡(jiǎn)單和便于分析研究。

目前機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件較多，基于ADAMS能有效地分析三維機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與力，可模擬大位移的系統(tǒng)和能夠分析運(yùn)動(dòng)學(xué)靜定系統(tǒng)，故采用ADAMS來(lái)對(duì)ZL50輪式裝載機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模與分析。以下是在ADAMS操作環(huán)境下建立的動(dòng)力學(xué)模型。

2 ZL50輪式裝載機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真

縱向穩(wěn)定度是評(píng)價(jià)裝載機(jī)技術(shù)性能的重要指標(biāo)之一，它表明裝載機(jī)在行駛或工作時(shí)抵抗翻車(chē)的能力。ZL50輪式裝載機(jī)主要在滿(mǎn)載上坡動(dòng)臂伸出最大或滿(mǎn)載下坡行駛時(shí)或空載上坡運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生傾翻。傳統(tǒng)的分析方法大多停留在理論計(jì)算上，無(wú)法用實(shí)際試驗(yàn)測(cè)得，主要原因是縱向穩(wěn)定度試驗(yàn)的危險(xiǎn)性以及對(duì)車(chē)輛的破壞性。同時(shí)，隨著客戶(hù)對(duì)裝載機(jī)安全性要求的不斷提高，在對(duì)裝載機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)就顯得越發(fā)重要。文章主要對(duì)裝載機(jī)空載上坡時(shí)的縱向穩(wěn)定性進(jìn)行研究，其牽引力方程如下：

（1）

式中，P：發(fā)動(dòng)機(jī)功率（Kw）；i：I檔時(shí)的傳動(dòng)比；？濁c：傳動(dòng)系的效率；rd：車(chē)輪滾動(dòng)半徑（m）；n：發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）。

在不考慮前、后車(chē)架之間的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，多剛體整車(chē)模型的12個(gè)自由度分別為：3個(gè)車(chē)身軸向平移自由度、3個(gè)軸向旋轉(zhuǎn)自由度，2個(gè)工作裝置相對(duì)直線(xiàn)自由度以及前后車(chē)輪的4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

在仿真時(shí)采用以下基本參數(shù)：整車(chē)質(zhì)量17857kg，前車(chē)體載荷7475kg，后車(chē)體載荷10382kg，額定載重量5000kg，軸距3200mm、未裝載前重心距后車(chē)軸1340mm，距前車(chē)軸1860mm，裝載機(jī)重心離地面高度2320mm，坡度為25度。以I檔進(jìn)行模擬上坡試驗(yàn)，輪式裝載機(jī)初速2.78m/s，加速到II檔的最大速度9.44m/s時(shí)開(kāi)始爬坡。整車(chē)在空載情況下于虛擬試驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行，其爬坡行駛時(shí)縱向穩(wěn)定性向后翻倒的最大上坡角由下式確定：

（2）

式中：S：裝載機(jī)重心距后車(chē)軸的距離； H：裝載機(jī)重心離地面高度。

圖4 裝載機(jī)速度曲線(xiàn) 圖5 裝載機(jī)加速度曲線(xiàn)

圖4和圖5分別為該裝載機(jī)的速度與加速度仿真試驗(yàn)曲線(xiàn)。由圖中可以看到，在0到9.6秒過(guò)程中，裝載機(jī)在水平路面上受到較小的牽引力作用緩慢加速到2.78m/s，平均加速度0.0055m/s2可以忽略不計(jì)，即模擬以I檔最大速度勻速前進(jìn)。在9.81秒時(shí)換成II檔，此時(shí)裝載機(jī)位于水平路面與上坡交界點(diǎn)處，前輪受到地面的沖擊，裝載機(jī)速度發(fā)生突變，而在II檔牽引力的作用下，裝載機(jī)處于加速狀態(tài)，直到它的前輪從離開(kāi)平面到后輪完全進(jìn)入坡面加速截止，這一過(guò)程中牽引力、加速度與速度的方向不斷改變。從圖5可以看出，加速度變化呈波浪狀，隨著后輪進(jìn)入坡面，加速度趨于一恒定值。從圖4可以看出，速度變化在瞬時(shí)完成，最大瞬時(shí)速度在9.9秒時(shí)為9.44m/s。由于裝載機(jī)在爬坡過(guò)程中加速度方向向下，裝載機(jī)處于減速狀態(tài)。如果在上坡過(guò)程中牽引力不足，裝載機(jī)將會(huì)發(fā)生倒退或者滑移的現(xiàn)象，在進(jìn)行最大爬坡能力的仿真過(guò)程中出現(xiàn)了裝載機(jī)滑移現(xiàn)象，其在12.9秒時(shí)開(kāi)始滑移，速度的變化呈非線(xiàn)性?；片F(xiàn)象的產(chǎn)生是由于當(dāng)后輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，后輪產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力大于后車(chē)架的重力分力，而小于整車(chē)重力分力，無(wú)法驅(qū)動(dòng)前輪，后輪滑移率增大，滾動(dòng)系數(shù)變小，滾動(dòng)阻力減小，因而前輪在重力的作用下以后輪為圓心向兩邊滑移，產(chǎn)生Z軸的加速度和向心力，這種情況往往會(huì)造成裝載機(jī)側(cè)滑甚至側(cè)翻，容易造成對(duì)車(chē)輛及人員的傷害。在實(shí)際測(cè)試中，不可能進(jìn)行最大爬坡能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)，如果在進(jìn)行最大爬坡能力測(cè)試時(shí)，出現(xiàn)倒坡其危險(xiǎn)性還不是很大，而一旦出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員也無(wú)法保證能控制住裝載機(jī)，嚴(yán)重側(cè)滑后果之一就是發(fā)生側(cè)翻，導(dǎo)致操作人員受傷等事故。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)ZL50輪式裝載機(jī)的典型系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析，利用ADAMS軟件構(gòu)造了裝載機(jī)的虛擬樣機(jī)系統(tǒng)，建立了該裝載機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，并用仿真軟件對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的模擬仿真，繪制了裝載機(jī)的速度和加速度曲線(xiàn)，并據(jù)此進(jìn)行了具體的分析。由于在虛擬樣機(jī)的建立和虛擬試驗(yàn)環(huán)境設(shè)定時(shí)提供了必備的技術(shù)參數(shù)，因此，進(jìn)行的縱向穩(wěn)定性試驗(yàn)所產(chǎn)生的物理樣機(jī)性能與實(shí)際情況很接近，起到了應(yīng)有的設(shè)計(jì)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]楊占敏.輪式裝載機(jī)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2006：1-50.

[2]張玲.基于有限元的刮板輸送機(jī)減速器齒輪應(yīng)力分析[J].煤礦機(jī)械，2013（02）：91-92.

[3]鄭建榮.ADAMS-虛擬樣機(jī)技術(shù)入門(mén)與提高[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[4]覃峰.煤礦裝載機(jī)鑄造搖臂的降重優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2013（02）：13-15.

作者簡(jiǎn)介：李振華（1977-），河南新鄉(xiāng)人，高校講師，大學(xué)本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化加工。

摘 要：文章以ZL50輪式裝載機(jī)為對(duì)象，在分析其牽引性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)在ADAMS軟件中建立動(dòng)力學(xué)模型，應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，形成裝載機(jī)的虛擬樣機(jī)系統(tǒng)，然后進(jìn)行初步的性能仿真試驗(yàn)和參數(shù)優(yōu)化，為裝載機(jī)的不斷完善提供方法和依據(jù)。通過(guò)文章的探討，以期對(duì)相關(guān)人員的工作提供參考。

關(guān)鍵詞：輪式裝載機(jī)；動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)；虛擬分析

引言

輪式裝載機(jī)是一種通過(guò)安裝在前端一個(gè)完整的鏟斗支承結(jié)構(gòu)和連桿，隨機(jī)器向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)行裝載或挖掘，以及提升、運(yùn)輸和卸載的輪胎機(jī)械，廣泛用于公路、建筑、礦山等工程領(lǐng)域，對(duì)于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，加快工程建設(shè)速度，提高工程質(zhì)量起著重要的作用。

虛擬樣機(jī)技術(shù)作為一種技術(shù)手段，在汽車(chē)工業(yè)里面被普遍采用，通過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，可以達(dá)到評(píng)價(jià)汽車(chē)操作穩(wěn)定性和耐久性的目的。輪式裝載機(jī)屬于循環(huán)式作業(yè)機(jī)械，對(duì)其研究目前仍存在不足之處，通過(guò)虛擬樣機(jī)技術(shù)來(lái)對(duì)輪式裝載機(jī)進(jìn)行性能仿真試驗(yàn)和參數(shù)優(yōu)化，不失為一種解決問(wèn)題的方法。文章主要針對(duì)ZL50輪式裝載機(jī)作為研究對(duì)象進(jìn)行建模與分析，其具體參數(shù)如表1所示。

1 ZL50輪式裝載機(jī)動(dòng)力學(xué)建模

由于ZL50輪式裝載機(jī)是一個(gè)非常復(fù)雜的多體系統(tǒng)，因此通過(guò)建立裝載機(jī)模型的方式研究各個(gè)系統(tǒng)綜合性能是一種有效的方法。虛擬樣機(jī)在構(gòu)造上是與實(shí)際裝載機(jī)動(dòng)力學(xué)行為相似的等價(jià)模型，該等價(jià)模型在物理性能上等同或十分相似于實(shí)際系統(tǒng)，但比實(shí)際的裝載機(jī)更簡(jiǎn)單和便于分析研究。

目前機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件較多，基于ADAMS能有效地分析三維機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與力，可模擬大位移的系統(tǒng)和能夠分析運(yùn)動(dòng)學(xué)靜定系統(tǒng)，故采用ADAMS來(lái)對(duì)ZL50輪式裝載機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模與分析。以下是在ADAMS操作環(huán)境下建立的動(dòng)力學(xué)模型。

2 ZL50輪式裝載機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真

縱向穩(wěn)定度是評(píng)價(jià)裝載機(jī)技術(shù)性能的重要指標(biāo)之一，它表明裝載機(jī)在行駛或工作時(shí)抵抗翻車(chē)的能力。ZL50輪式裝載機(jī)主要在滿(mǎn)載上坡動(dòng)臂伸出最大或滿(mǎn)載下坡行駛時(shí)或空載上坡運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生傾翻。傳統(tǒng)的分析方法大多停留在理論計(jì)算上，無(wú)法用實(shí)際試驗(yàn)測(cè)得，主要原因是縱向穩(wěn)定度試驗(yàn)的危險(xiǎn)性以及對(duì)車(chē)輛的破壞性。同時(shí)，隨著客戶(hù)對(duì)裝載機(jī)安全性要求的不斷提高，在對(duì)裝載機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)就顯得越發(fā)重要。文章主要對(duì)裝載機(jī)空載上坡時(shí)的縱向穩(wěn)定性進(jìn)行研究，其牽引力方程如下：

（1）

式中，P：發(fā)動(dòng)機(jī)功率（Kw）；i：I檔時(shí)的傳動(dòng)比；？濁c：傳動(dòng)系的效率；rd：車(chē)輪滾動(dòng)半徑（m）；n：發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）。

在不考慮前、后車(chē)架之間的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，多剛體整車(chē)模型的12個(gè)自由度分別為：3個(gè)車(chē)身軸向平移自由度、3個(gè)軸向旋轉(zhuǎn)自由度，2個(gè)工作裝置相對(duì)直線(xiàn)自由度以及前后車(chē)輪的4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

在仿真時(shí)采用以下基本參數(shù)：整車(chē)質(zhì)量17857kg，前車(chē)體載荷7475kg，后車(chē)體載荷10382kg，額定載重量5000kg，軸距3200mm、未裝載前重心距后車(chē)軸1340mm，距前車(chē)軸1860mm，裝載機(jī)重心離地面高度2320mm，坡度為25度。以I檔進(jìn)行模擬上坡試驗(yàn)，輪式裝載機(jī)初速2.78m/s，加速到II檔的最大速度9.44m/s時(shí)開(kāi)始爬坡。整車(chē)在空載情況下于虛擬試驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行，其爬坡行駛時(shí)縱向穩(wěn)定性向后翻倒的最大上坡角由下式確定：

（2）

式中：S：裝載機(jī)重心距后車(chē)軸的距離； H：裝載機(jī)重心離地面高度。

圖4 裝載機(jī)速度曲線(xiàn) 圖5 裝載機(jī)加速度曲線(xiàn)

圖4和圖5分別為該裝載機(jī)的速度與加速度仿真試驗(yàn)曲線(xiàn)。由圖中可以看到，在0到9.6秒過(guò)程中，裝載機(jī)在水平路面上受到較小的牽引力作用緩慢加速到2.78m/s，平均加速度0.0055m/s2可以忽略不計(jì)，即模擬以I檔最大速度勻速前進(jìn)。在9.81秒時(shí)換成II檔，此時(shí)裝載機(jī)位于水平路面與上坡交界點(diǎn)處，前輪受到地面的沖擊，裝載機(jī)速度發(fā)生突變，而在II檔牽引力的作用下，裝載機(jī)處于加速狀態(tài)，直到它的前輪從離開(kāi)平面到后輪完全進(jìn)入坡面加速截止，這一過(guò)程中牽引力、加速度與速度的方向不斷改變。從圖5可以看出，加速度變化呈波浪狀，隨著后輪進(jìn)入坡面，加速度趨于一恒定值。從圖4可以看出，速度變化在瞬時(shí)完成，最大瞬時(shí)速度在9.9秒時(shí)為9.44m/s。由于裝載機(jī)在爬坡過(guò)程中加速度方向向下，裝載機(jī)處于減速狀態(tài)。如果在上坡過(guò)程中牽引力不足，裝載機(jī)將會(huì)發(fā)生倒退或者滑移的現(xiàn)象，在進(jìn)行最大爬坡能力的仿真過(guò)程中出現(xiàn)了裝載機(jī)滑移現(xiàn)象，其在12.9秒時(shí)開(kāi)始滑移，速度的變化呈非線(xiàn)性?；片F(xiàn)象的產(chǎn)生是由于當(dāng)后輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，后輪產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力大于后車(chē)架的重力分力，而小于整車(chē)重力分力，無(wú)法驅(qū)動(dòng)前輪，后輪滑移率增大，滾動(dòng)系數(shù)變小，滾動(dòng)阻力減小，因而前輪在重力的作用下以后輪為圓心向兩邊滑移，產(chǎn)生Z軸的加速度和向心力，這種情況往往會(huì)造成裝載機(jī)側(cè)滑甚至側(cè)翻，容易造成對(duì)車(chē)輛及人員的傷害。在實(shí)際測(cè)試中，不可能進(jìn)行最大爬坡能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)，如果在進(jìn)行最大爬坡能力測(cè)試時(shí)，出現(xiàn)倒坡其危險(xiǎn)性還不是很大，而一旦出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員也無(wú)法保證能控制住裝載機(jī)，嚴(yán)重側(cè)滑后果之一就是發(fā)生側(cè)翻，導(dǎo)致操作人員受傷等事故。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)ZL50輪式裝載機(jī)的典型系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析，利用ADAMS軟件構(gòu)造了裝載機(jī)的虛擬樣機(jī)系統(tǒng)，建立了該裝載機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，并用仿真軟件對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的模擬仿真，繪制了裝載機(jī)的速度和加速度曲線(xiàn)，并據(jù)此進(jìn)行了具體的分析。由于在虛擬樣機(jī)的建立和虛擬試驗(yàn)環(huán)境設(shè)定時(shí)提供了必備的技術(shù)參數(shù)，因此，進(jìn)行的縱向穩(wěn)定性試驗(yàn)所產(chǎn)生的物理樣機(jī)性能與實(shí)際情況很接近，起到了應(yīng)有的設(shè)計(jì)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]楊占敏.輪式裝載機(jī)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2006：1-50.

[2]張玲.基于有限元的刮板輸送機(jī)減速器齒輪應(yīng)力分析[J].煤礦機(jī)械，2013（02）：91-92.

[3]鄭建榮.ADAMS-虛擬樣機(jī)技術(shù)入門(mén)與提高[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[4]覃峰.煤礦裝載機(jī)鑄造搖臂的降重優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2013（02）：13-15.

作者簡(jiǎn)介：李振華（1977-），河南新鄉(xiāng)人，高校講師，大學(xué)本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化加工。

摘 要：文章以ZL50輪式裝載機(jī)為對(duì)象，在分析其牽引性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)在ADAMS軟件中建立動(dòng)力學(xué)模型，應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，形成裝載機(jī)的虛擬樣機(jī)系統(tǒng)，然后進(jìn)行初步的性能仿真試驗(yàn)和參數(shù)優(yōu)化，為裝載機(jī)的不斷完善提供方法和依據(jù)。通過(guò)文章的探討，以期對(duì)相關(guān)人員的工作提供參考。

關(guān)鍵詞：輪式裝載機(jī)；動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)；虛擬分析

引言

輪式裝載機(jī)是一種通過(guò)安裝在前端一個(gè)完整的鏟斗支承結(jié)構(gòu)和連桿，隨機(jī)器向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)行裝載或挖掘，以及提升、運(yùn)輸和卸載的輪胎機(jī)械，廣泛用于公路、建筑、礦山等工程領(lǐng)域，對(duì)于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，加快工程建設(shè)速度，提高工程質(zhì)量起著重要的作用。

虛擬樣機(jī)技術(shù)作為一種技術(shù)手段，在汽車(chē)工業(yè)里面被普遍采用，通過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，可以達(dá)到評(píng)價(jià)汽車(chē)操作穩(wěn)定性和耐久性的目的。輪式裝載機(jī)屬于循環(huán)式作業(yè)機(jī)械，對(duì)其研究目前仍存在不足之處，通過(guò)虛擬樣機(jī)技術(shù)來(lái)對(duì)輪式裝載機(jī)進(jìn)行性能仿真試驗(yàn)和參數(shù)優(yōu)化，不失為一種解決問(wèn)題的方法。文章主要針對(duì)ZL50輪式裝載機(jī)作為研究對(duì)象進(jìn)行建模與分析，其具體參數(shù)如表1所示。

1 ZL50輪式裝載機(jī)動(dòng)力學(xué)建模

由于ZL50輪式裝載機(jī)是一個(gè)非常復(fù)雜的多體系統(tǒng)，因此通過(guò)建立裝載機(jī)模型的方式研究各個(gè)系統(tǒng)綜合性能是一種有效的方法。虛擬樣機(jī)在構(gòu)造上是與實(shí)際裝載機(jī)動(dòng)力學(xué)行為相似的等價(jià)模型，該等價(jià)模型在物理性能上等同或十分相似于實(shí)際系統(tǒng)，但比實(shí)際的裝載機(jī)更簡(jiǎn)單和便于分析研究。

目前機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件較多，基于ADAMS能有效地分析三維機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與力，可模擬大位移的系統(tǒng)和能夠分析運(yùn)動(dòng)學(xué)靜定系統(tǒng)，故采用ADAMS來(lái)對(duì)ZL50輪式裝載機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模與分析。以下是在ADAMS操作環(huán)境下建立的動(dòng)力學(xué)模型。

2 ZL50輪式裝載機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真

縱向穩(wěn)定度是評(píng)價(jià)裝載機(jī)技術(shù)性能的重要指標(biāo)之一，它表明裝載機(jī)在行駛或工作時(shí)抵抗翻車(chē)的能力。ZL50輪式裝載機(jī)主要在滿(mǎn)載上坡動(dòng)臂伸出最大或滿(mǎn)載下坡行駛時(shí)或空載上坡運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生傾翻。傳統(tǒng)的分析方法大多停留在理論計(jì)算上，無(wú)法用實(shí)際試驗(yàn)測(cè)得，主要原因是縱向穩(wěn)定度試驗(yàn)的危險(xiǎn)性以及對(duì)車(chē)輛的破壞性。同時(shí)，隨著客戶(hù)對(duì)裝載機(jī)安全性要求的不斷提高，在對(duì)裝載機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)就顯得越發(fā)重要。文章主要對(duì)裝載機(jī)空載上坡時(shí)的縱向穩(wěn)定性進(jìn)行研究，其牽引力方程如下：

（1）

式中，P：發(fā)動(dòng)機(jī)功率（Kw）；i：I檔時(shí)的傳動(dòng)比；？濁c：傳動(dòng)系的效率；rd：車(chē)輪滾動(dòng)半徑（m）；n：發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）。

在不考慮前、后車(chē)架之間的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，多剛體整車(chē)模型的12個(gè)自由度分別為：3個(gè)車(chē)身軸向平移自由度、3個(gè)軸向旋轉(zhuǎn)自由度，2個(gè)工作裝置相對(duì)直線(xiàn)自由度以及前后車(chē)輪的4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

在仿真時(shí)采用以下基本參數(shù)：整車(chē)質(zhì)量17857kg，前車(chē)體載荷7475kg，后車(chē)體載荷10382kg，額定載重量5000kg，軸距3200mm、未裝載前重心距后車(chē)軸1340mm，距前車(chē)軸1860mm，裝載機(jī)重心離地面高度2320mm，坡度為25度。以I檔進(jìn)行模擬上坡試驗(yàn)，輪式裝載機(jī)初速2.78m/s，加速到II檔的最大速度9.44m/s時(shí)開(kāi)始爬坡。整車(chē)在空載情況下于虛擬試驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行，其爬坡行駛時(shí)縱向穩(wěn)定性向后翻倒的最大上坡角由下式確定：

（2）

式中：S：裝載機(jī)重心距后車(chē)軸的距離； H：裝載機(jī)重心離地面高度。

圖4 裝載機(jī)速度曲線(xiàn) 圖5 裝載機(jī)加速度曲線(xiàn)

圖4和圖5分別為該裝載機(jī)的速度與加速度仿真試驗(yàn)曲線(xiàn)。由圖中可以看到，在0到9.6秒過(guò)程中，裝載機(jī)在水平路面上受到較小的牽引力作用緩慢加速到2.78m/s，平均加速度0.0055m/s2可以忽略不計(jì)，即模擬以I檔最大速度勻速前進(jìn)。在9.81秒時(shí)換成II檔，此時(shí)裝載機(jī)位于水平路面與上坡交界點(diǎn)處，前輪受到地面的沖擊，裝載機(jī)速度發(fā)生突變，而在II檔牽引力的作用下，裝載機(jī)處于加速狀態(tài)，直到它的前輪從離開(kāi)平面到后輪完全進(jìn)入坡面加速截止，這一過(guò)程中牽引力、加速度與速度的方向不斷改變。從圖5可以看出，加速度變化呈波浪狀，隨著后輪進(jìn)入坡面，加速度趨于一恒定值。從圖4可以看出，速度變化在瞬時(shí)完成，最大瞬時(shí)速度在9.9秒時(shí)為9.44m/s。由于裝載機(jī)在爬坡過(guò)程中加速度方向向下，裝載機(jī)處于減速狀態(tài)。如果在上坡過(guò)程中牽引力不足，裝載機(jī)將會(huì)發(fā)生倒退或者滑移的現(xiàn)象，在進(jìn)行最大爬坡能力的仿真過(guò)程中出現(xiàn)了裝載機(jī)滑移現(xiàn)象，其在12.9秒時(shí)開(kāi)始滑移，速度的變化呈非線(xiàn)性?；片F(xiàn)象的產(chǎn)生是由于當(dāng)后輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，后輪產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力大于后車(chē)架的重力分力，而小于整車(chē)重力分力，無(wú)法驅(qū)動(dòng)前輪，后輪滑移率增大，滾動(dòng)系數(shù)變小，滾動(dòng)阻力減小，因而前輪在重力的作用下以后輪為圓心向兩邊滑移，產(chǎn)生Z軸的加速度和向心力，這種情況往往會(huì)造成裝載機(jī)側(cè)滑甚至側(cè)翻，容易造成對(duì)車(chē)輛及人員的傷害。在實(shí)際測(cè)試中，不可能進(jìn)行最大爬坡能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)，如果在進(jìn)行最大爬坡能力測(cè)試時(shí)，出現(xiàn)倒坡其危險(xiǎn)性還不是很大，而一旦出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員也無(wú)法保證能控制住裝載機(jī)，嚴(yán)重側(cè)滑后果之一就是發(fā)生側(cè)翻，導(dǎo)致操作人員受傷等事故。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)ZL50輪式裝載機(jī)的典型系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析，利用ADAMS軟件構(gòu)造了裝載機(jī)的虛擬樣機(jī)系統(tǒng)，建立了該裝載機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，并用仿真軟件對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的模擬仿真，繪制了裝載機(jī)的速度和加速度曲線(xiàn)，并據(jù)此進(jìn)行了具體的分析。由于在虛擬樣機(jī)的建立和虛擬試驗(yàn)環(huán)境設(shè)定時(shí)提供了必備的技術(shù)參數(shù)，因此，進(jìn)行的縱向穩(wěn)定性試驗(yàn)所產(chǎn)生的物理樣機(jī)性能與實(shí)際情況很接近，起到了應(yīng)有的設(shè)計(jì)效果。

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作者簡(jiǎn)介：李振華（1977-），河南新鄉(xiāng)人，高校講師，大學(xué)本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化加工。