基于ADAMS的液压冲击破碎防堵装置的运动仿真.pdf

第 4 期 总第 1 6 1 期 2 0 1 0年 8月 机 械 工 程 与 自 动 化 M E CHANI C AL ENGI NEERI NG AUTOMAT1 0N No． 4 Au g． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 0 0 4 0 0 3 8 0 2 基于 ADAMS的液压冲击破碎防堵装置的运动仿真 王 志 刚 ，寇 子 明 太原理工大学 机械 工程学院 山西省矿 山流体控制技术研 究中心，山西 太原0 3 0 0 2 4 摘要 对液压冲击破碎 防堵装置进行 了S o l i d Wo r k s三维建模，通过 将模 型导入 AD AMS中进行运动学仿真， 模拟锤 头的运 动过程 ，得到其运动轨迹 。简 化 了设计过程 ，提高 了设计质量 。 关键词 液压冲击 ；破碎 ；虚拟样机 ；仿真 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 对于很多煤质硬 的煤矿来说，在采煤过程中常出 现大煤块 ，而大煤块不易通过转载机进 口处，造成进 口处 煤料输 送 的严重 堵塞 。在进 口处 设置 的液 压冲击 破 碎防堵装 置 就是对 大块 状煤 和块状 岩石 进行初 次破 碎处理 ，以使其顺利通过转载机或转载点 ，保证井下 安 全运输 和生 产 。 破碎装置的破碎范围直接决定了能否充分而有效 地将大煤块破碎， 从而解决堵塞问题 。 在破碎机构中， 锤头运动轨迹的改变是靠其在油缸的作用下在垂直平 面 内绕铰轴 摆 动来达 到 的 ，为 了尽 可能 提高机 构的破 碎 性能 ，需 要 在设计 破碎 装置 的 时候 对锤 头 的运动轨 迹 进行研 究 。 1 液压冲击破碎防堵装置工作原理及结构 液压冲击破碎 防堵装置是典型的曲柄摇块机构 ， 其机构简图如图 1 所示。 其 中， 曲柄 A B为破碎装置锤 头组件 ， 连杆 BC为破碎装置冲击液压油缸活塞杆 ， 摇 块 C 为 液压 油 缸 筒 。该 机 构 的 动 力源 是 冲击 液 压 油 缸 ， 从动件为曲柄 A B， 在冲击破碎大煤块时， 应具有 快 速下 降 、 快 速返 回的特性 。 本机 构 中连 杆 B C 的行 程 为6 3 0 mm，即为机构 的工作段 ， 增大曲柄 AB的长度 将提高破碎装置对大煤块的处理能力 ，在符合条件的 情况下要保证曲柄 AB的压力角尽可能小。 2 液压冲击破碎防堵装置的建模 建立液压冲击破碎防堵装置模型之前 ，首先利用 S o l i d Wo r k s提供的拉伸 、旋转、放样、扫描等操作命 令建立各零部件模型。该装置零部件主要包括冲击液 压油缸、锤头组件、水平横梁、立柱支撑架。然后按 照各零部件间的配合关系 ，采用 自底向上的装配技术 对各零件的三维实体模型进行装配 ，得到整机的三维 实体装 配模型 ，如图 2所示 。 B 图 1 液压冲击破碎 防堵装置机构简图 图 2液 压 冲 击 破 碎 防 堵装 置装 配模 型 2 ． 1 装 配模 型的导入 首先在 S o l i d Wo r k s软件 中将液压冲击破碎装置 装配体文件另存为 P a r a s o l i d格式的图形文件， 然后将 此文件导人 ADAMS环境中[ 1 ] 。导人后 ，对各零件分 别定义其材料、弹性模量 、 泊松比、密度等性能参数。 最后在导入的装配体几何模型上添加标记点，系统将 自动根据其几何关系计算 出各点坐标 。 2 ． 2 构 建虚 拟样机 仿真 模 型 三维 实体 模 型导人 AD AMS ／ V i e w 后 ，即可对 模 型添加适 当的约束、 运动和力等来建立其仿真模型， 即 虚 拟样 机 ] 。 收稿 日期 2 0 0 9 一 I I 一 1 2 ；修 回 日期 2 O l O 一 0 3 1 9 作者简介 王志刚 1 9 8 3 一 ， 男， 内蒙古 呼和浩特人 ， 在读硕士研究生 ， 研究方向为机械设计及理论 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年第 4 期 王志刚 ，等 基 于 AD AMS的液压 冲击破碎 防堵装置的运动仿真 ‘3 9‘ 在本模型中，对于立柱支撑架只要将其 固定到大 地上即可， 油缸筒与活塞杆之间沿轴线添加移动副 ， 油 缸 筒与 立柱支 撑架 、活 塞杆 与锤 头组 件 、锤 头 组件 与 立柱支撑架之间全部添加转动副 。 液压冲击破碎装置中油缸的运动是往复移动，因 而使用移动工具对话框 ，直接输入速度值 ，根据本系 统的性能要求速度值为2 m／ s 。 3液压 冲击 破碎 防堵装 置虚 拟样 机 仿真分 析 在 活塞速 度设 置为 2 m／ s 后 ，为油缸 添加驱 动 函 数 S TE P t i me ， 0 ， 0 ， 0 ． 5 ， 一6 3 0 S TE P t i me ， 0 ． 5 ， 0 ， 1 ， 6 3 0 ，设置 E n d t i me为1 S ，S t e p s 为 5 O 。然 后进 行仿真 ，后处理显示得到 的锤头最前端截齿运动轨迹 如 图 3所示 。由图 3中曲线 数据 可知 ，y方 向位 移 为 1 0 3 3 mm， 即锤头在油缸作用下绕其铰轴旋转过程中 最前端截齿所能覆盖的最大范围为1 0 3 3 mm。 当冲击液压油缸完全收缩 即锤头抬到最高位置 时 ，应能保 证 大煤块 能够 进入锤 头 的下 方 ； 当冲击 液 压油 缸完 全伸 出 即锤 头 落到最 低 位置 时 ，应保 证破 4 3 一 。 2 一 ＼ Q 1 a 锤 头最高 碎成的小煤块的大小能够进入转载机系统。锤头运动 极 限位 置 如 图 4所 示 。曲柄 AB 即锤 头 运动 中所 转 过的角度如图 5所示 ，由图 5可知为 3 9 ． 6 。 。 根据对现场的实际工况调查 ，采煤机割煤过程中 煤壁片帮严重 ，产生的大煤块主要是面积大，厚度不 超过 1 0 0 0 mm，由仿 真 结果 可知锤 头 的运动 范 围符 合 破碎 煤块 的要 求 。 、 ⋯ l辑 l | 嘶 { J ～～ ～ ～ ～ 、～ ～～ ～ 一 1 5 0 0 1 40 0 1 30 0 x ／ m m 图 3锤头最前端截齿运动轨迹仿真结果 f b 锤头最低 图 4锤头运动极 限位置 图 】 { 一 } 7 ＼ 一 l ， ＼ ＼ 、 { _ ／ { ／ { ／ 、 { ， { ／ _ { ／ ， f ／ { 0 0 ． 2 O ． 4 0 ． 6 0 ． 8 1 t ／ s 图 5 曲柄 AB运 动 转 角 0曲线 图 4结论 利用 S o l i d Wo r k s软件完成 了液压 冲击破碎防堵 装置机械系统各零部件和装配体的建模 ，然后将装配 体模型导入 AD AMS中 ， 建立 了破碎装置虚拟样机仿 真模型。通过对锤头组件运动特性的仿真分析，获得 了最优结 果 。 参 考 文献 [ 1 ] 刘小平 ， 郑建荣 ， 朱 治国 ， 等． S o l i d Wo r k s 与 AD AMS之 间 的图形数据交换研 究E J ] ． 机械工程师 ， 2 0 0 3 1 2 2 6 2 8 ． [ 2 ] 郑凯 ， 胡仁喜 ， 陈鹿 民， 等． AD AMS 2 0 0 5机械设计 高级应 用实例 [ M] ． 北京 机 械工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． S i m ul a t i o n o f t he Hy dr a u l i c I m pa c t Br e a k i ng a nd Ant i c l o g g i n g I n s t a l l a t i o n Ba s e d o n ADAM S W ANG Zhi g an g， KOU Zi mi ng Sh a n x i Mi n e Hu i d Co n t r o l Re s e a r c h Ce n t e r ，Co l l e g e o f M e c ha n i c a l En g i n e e rin g，Ta i y u a n Un i v e r s i t y o f Te c h no l o g Y，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4，Ch i n a Abs t r a c tThi s p a pe r s e t s up t he t hr e e di me ns i on a l mo de l of t h e hyd r a ul i c i mpa c t br e ak i n g a nd a nt i -- c l og gi n g i n s t a l l a t i on i n S o l i d Wo r k s ． B y i mp o r t i n g t h e 3 D mo d e l i n t o ADAMS，t h e p a p e r s i mu l a t e s t h e mo t i o n o f t h e h a mme r a n d o b t a i n s i t s t r a j e c t o r i e s ． The de s i g n qu a l i t y a nd e f f i c i en c y of t he t oo l a r e i mpr ox ’ e d． Ke y wo r d s hy dr au l i c i mpa c t ； b r e a ki ng； v i r t ua l pr o t o t y pe；s i mul a t i o n O 0 O O ∞ ∞ ∞ ∞ l l 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m