柔性液压挖掘机械的动力学仿真

zhangqiu01

一、前言
RecurDyn 软件是韩国FunctionBay公司的旗舰产品，是新一代的多体动力学仿真分析软件，它采用全新的运动方程理论和完全递归算法，计算极其快速稳定，非常适合于求解大规模的多体系统动力学问题，尤其是接触问题和柔性多体动力学问题。
RecurDyn 为用户提供许多方便使用的功能（如亲切的用户界面、丰富的函数库、子系统建模、图形分层等），建模快捷、方便、直观、准确。
RecurDyn软件与各类CAD/CAE软件及液压控制软件等均有非常良好的接口关系，且其高效的求解效率使得多软件联合仿真解决大规模问题和实时仿真成为可能。
, C" S* U6 z/ e( i" \$ u& P由于软件在理论上的先进性、良好的建模界面及接口关系，在国内外获得充分肯定与认同，目前已广泛应用于航空航天、军事车辆、军事装备、工程机械、电器设备、娱乐设备、汽车卡车、铁道、船舶机械及其他通用机械等领域。
* i; e) _) `7 F) W/ L3 L8 K# f4 A) k利用RecurDyn软件，建立起液压发掘机械“Zaxis200”的动力学模型。模型包含两条履带系统和底盘系统，并考虑了车架及履带系统中轮架的柔性变形。仿真分析了加速行进过坎的振动情况，通过与实际测量数据进行比较，模型的准确性得到有效验证。
二、建模

1 _+ t; |" O, R7 h& g5 N8 G1 w% x图1 车架与轮架的FEM模型
通常，液压发掘机械的履带系统并不象汽车一样有弹簧、阻尼一类的悬挂系统。变形主要集中在车架和履带系统中承重轮架上，因此准确的动力学仿真分析是有必要考虑它们的弹性变形的。RecurDyn动力学软件可以方便地与MSC/NASTRAN、ANSYS、I-DEAS等有限元分析软件接口，将有限元模型传递到RecurDyn软件中来，从而建立起含柔性零部件的刚柔耦合机械系统。本例中柔性体从MSC/NASTRAN中生成（见图1）。履带系统如履带片、承重轮、主动轮等为刚体（见图2），均由软件模板生成，建模非常快速有效。其他部分如配重、发动机体、驾驶舱等用等效的质量、惯量替代，与车架的链接采用相应的弹簧阻尼器以模拟橡胶特性。
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6 T; a7 X: \0 m* [# A3 Y# o图2 履带系统
三、行进过程的动力学仿真分析
% b) x' H% F3 @+ ]6 L耐久性测试是每个车型必须考核的标准项目，它的目的是考察每一零部件在振动和冲击作用下是否存在寿命缺陷。由于路面试验测试的周期长、费用极高，仿真分析就变得非常有意义了。但在进行零部件耐久性分析之前，我们必须先准确获取零部件受载的时间历程，即需要准确的动力学仿真分析。然而，对于这样复杂的动力学系统，以前的仿真分析难以给出令人满意的动力学结果，这使得耐久性性能只能通过试验才能确定。为了考察RecurDyn履带式液压发掘机械动力学仿真结果在耐久性分析上的可行性，本例对模型在加速过坎工况（见图3）冲击加速度进行了仿真。将结果在时间轴上拷贝，便可作为耐久性测试的载荷时间历程数据。

图3 整机模型
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