装在汽车的混凝土泵吊杆的建模和分析虚拟样机

文摘

迄今为止缺乏研究不同工作条件之间的刚性和弹性动力学的卡车安装混凝土泵的繁荣。第一个已经建立了一个3 d模型通过使用虚拟样机技术的37米长繁荣在Pro /工程软件。然后刚体仿真模型已经建立。接下来采用模态叠加方法改变4刚体繁荣成灵活的。运动学规律和动态特性4常见的工作条件已经被研究过。位移和第一个繁荣下一部分液压缸力4工作条件之间的刚性和灵活的模型研究。而且第一个结构的固有频率计算。结果表明,水平条件下的频率最低的,屋顶条件中最大的。除了汽缸的灵活的模型比相应的刚性的由于柔性吊杆振动。最后做了一个实验在一个繁荣的试验台,证明所建立的仿真模型是合理的和频率的结果是正确的。 All of these provide design reference to mechanical manipulator as well as reducing product development cost of such mechanism.

1。介绍

近年来,CAD / CAE / CAM / PDM被进一步发展包括VP(虚拟样机)和PLM(产品生命周期管理器)技术(1]。VPD(虚拟产品开发)起源于1990年波音公司。所有数字的使用无纸化设计成本降低25%,生产周期减少了50%。这个应用程序技术被称为副总裁(虚拟原型技术)。虚拟样机技术依赖于CAX(如CAD、CAE、CAM), DFX(如设计组装),和DFM(设计制造)。虚拟产品开发有三个主要功能:第一个是数字化(2- - - - - -5]。下一个是产品生命周期。这是由CAD / CAE / CAM / PDM。最后一个是网络协调。现代网络技术的发展使得网络协调成为真实的。直到现在,越来越多的领域使用虚拟样机技术像车辆测试,培训系统设计、机器人控制、桥梁建设、生产灵活性,风险识别,等等。这项技术的使用将大大减少开发成本和时间6- - - - - -8]。虚拟样机之间的关系和传统的CAD / CAE / CAM图所示1。

科学和创新论文的贡献是建立一个装在汽车的混凝土泵吊杆模型考虑到繁荣的灵活性和液压执行器等效刚度。摘要柔性多体理论已被用于不同工作条件下的动力学特性。因此,喷雾控制和运动精度可以得到在工作过程中。在之前的研究没有考虑油弹性模量在液压缸刚度的计算。所以气缸的灵活性是不准确的。摘要缸刚度和繁荣的灵活性都考虑。因此,能获得精确的繁荣运动学和动力学响应。繁荣模型由multisection操作繁荣,连接链接,液压执行器气缸,和关节。通常繁荣可以简化为一个苗条的梁和负荷主要来自自重和泵的影响。因此,繁荣系统刚度必须大,应该自重轻。 Frequently boom system dynamics experiments will increase cost and waste time, which can not satisfy production demand. But virtual prototyping technology can solve this problem and reduce the product development cycle [9,10]。

到目前为止,Slepniov等人研究了生产、创新、服务的网络公司在世界各地(1]。他们提议扩大地理和认知网络之间的差距变得具有重要战略意义的生产方法的研究。江等人研究了混凝土泵排出对系统的安全性和稳定性的影响。管外伸长度和面积之间的关系得到那11]。凌等人做了移动泵热运动过程的模拟。最危险的工作条件的钢瓶已经研究的优化设计提供了理论依据液压缸(12]。王等人分析了浇注工艺的移动混凝土泵繁荣。接下来他们提议智能浇注程序。最后工作轨迹规划和虚拟环境模拟(13,14]。郭等人建立了灵活的繁荣根据机器人的动力学方程方程理论和语言是帮助自动浇注15]。陈和太阳研究混凝土泵取代繁荣的结构优化系统,利用BP神经网络,有限元,遗传算法(16]。张等人建立了一个装在汽车的混凝土泵在ADAMS软件仿真模型,研究圆柱之间的力量和链接关节提供设计指导等机制(17]。郭等人提高了自动化倒过程,利用最优控制方法的移动混凝土泵的繁荣18]。江建立了混凝土泵繁荣虚拟样机模型,并进行了多体动力学和有限元方法的仿真(19]。戴等人采用PD控制方法在混凝土泵繁荣开车。通过他们的研究热潮可以移动所需的角(20.]。最后他们与预期的旋转角和繁荣的移动轨迹。张等人并控制一个灵活的繁荣由液压缸驱动,研究了振动系统的抑郁症(21,22]。安全与诊断应用于混凝土取代繁荣是由(et al。那时候伸出等人建立了一个1:3移动混凝土泵的模型。振动抑制,前馈和反馈行为,干扰估计量和模态控制研究。模态空间控制方法用于减少振动和轨迹控制23- - - - - -28]。Lenord等人研究了一个灵活的移动混凝土泵车液压。线性和非线性模型模拟了阻尼优化(29日]。最后一个线性模型被用来替代非线性模型,以降低计算成本。太阳等人提出了一种闭环监控和开环控制方法抑制繁荣振动(30.]。

由于振动的动力学和运动学分析是非常重要的混凝土泵热潮,本文采用应用刚柔方法建立精确的模型的繁荣。它是有组织的如下。首先介绍了模态叠加方法和使用。刚性和柔性体的虚拟样机模型建立了装在一辆卡车的混凝土泵吊杆。下的位移和力的比较这两个模型在不同的工作条件进行了研究。然后灵活的模型的固有频率计算,做了一个实验在一个繁荣试验台。最后结论讨论。

2。模态叠加法

与比例阻尼多自由度系统运动方程如下: 在(1), 在(2),和是比例常数。阻尼矩阵,和分别是质量矩阵和刚度矩阵。代表向量和表示矩阵。通过坐标变换,(3获得) 在(3),是命令模式的形状。通过替换(3)和(1),

然后(4)自左乘 下面的方程可以得到: 在这里 是阶模态质量、模态刚度和模态阻尼系数。下一个(7)可以获得 在(7)是阶模态坐标。假设 和 代替他们(7)我们可以得到 在(8)和(9),模态坐标向量。下的位移响应可以写成

模态叠加法是基于FMBD(有限元多体动力学)和获得灵活的身体动态应力,应变,通过有限元分析和变形。其计算速度快,可以计算大规模灵活的身体。它适用于工程机械的灵活性的分析。一个点身体灵活的三维坐标可以表示为如图2

在(11),方向余弦矩阵,是点不变形向量,是相对变形,平移和旋转模态矩阵所示

的模态坐标显示为

在(13),是变形的广义坐标;从(11)和(13),下列方程可以得到:

灵活的身体的位移显示为(15)。根据模态信息的相应速度和加速度方程可以获得灵活的身体

在(15),是所有节点位移的总和;是模态的因素;是组件模态。柔性体变形可以通过添加了节点位移。

点的速度和加速度可以通过派生(14)所示

3所示。装在汽车的混凝土泵吊杆由虚拟样机建模技术

装在汽车的三维模型建立混凝土泵繁荣如图3。系统由4繁荣,构建几个链接,液压执行机构,关节,和其他组件。

将CAD模型导入后RecurDyn软件虚拟样机模型获得适当的约束。FunctionBay RecurDyn是多体系统软件,Inc .这是一个创新的多体动力学提供集成体动态能力和强大的扩展有限元法。与有限元方法结合MFBD (Multiflexible身体动力学)机械系统仿真可以提供更多和更精确的动态运动结果包括应力分析工程师。灵活的身体接触和非线性变形也可以解决。所以它是非常有用的在处理长灵活的繁荣。建立刚性模型如图所示4。由于繁荣是灵活的大规模运动组件,灵活的影响不应被忽视。然后建立灵活的身体装在汽车的混凝土泵吊杆模型如图5。在这四个繁荣模态灵活的身体由有限元软件ANSYS计算。第一个繁荣灵活的身体如图6。其他三个繁荣类似于第一个。通过导入成RecurDyn混凝土泵的繁荣灵活的模型建立与约束与刚体模型一致。大规模的控制方案是使用PID调节器。和模型参数如表1。表的元素质量和长度2。

4所示。仿真和实验

4.1。仿真参数

混凝土泵的繁荣水平的一般工作环境条件、地面条件、壁条件,和屋顶条件。第一个条件是模拟很长的距离。因为这是最危险的工况条件,应力值和灵活的影响是最大的。接下来的第二个条件是用于地面工作过程。第三个工况中使用较低楼层的湿混凝土输送泵。最后仿真是上层。所以这四个模拟混凝土泵繁荣的典型工作条件。在建立模型中第一液压缸位移和力进行了研究。四个模拟姿态角的两个模型图所示4,7,8,9。表3是每个工况的姿态角。

为了得到装在汽车的混凝土泵吊杆运动规律和振动特点,上述工作条件的运动仿真结果进行了研究。每个繁荣是由其液压执行器。执行机构运动的表4。在每一个条件的第一个繁荣的运动。然后其他三个繁荣先后行动。在模拟每一段质量,刚度和刚度也被认为是石油。每个气缸的随时间的变化在不同的工作条件图10。因为在水平条件只有第一气缸运动,其他三个缸的时间历史是零。

4.2。尖端位移仿真结果

顶端位移之间的刚性和柔性模型四个条件图所示11。

在图(11日)我们可以发现,当液压缸运动模型立即停止和没有刚性模型的振动。然而灵活的模型振动会发生和持续时间后由于弹性变形运动停止。它向下运动时的运动是因为重力,然后向上移动。几秒钟后,由于结构阻尼振动消失。其他三个工作条件数据11 (b),11 (c),11 (d)类似于水平。但是第一个条件最大振动振幅。这表明,第一条件四个浇注过程中最灵活的。

4.3。液压缸力仿真结果

图12是第一个液压缸力之间的刚性模型和灵活的模型。可以看出,相应的灵活的模型力大于刚性模型在一定程度上。随着繁荣的运动力也定期增加或减少。运动后终止的力量最终趋于恒定值。的最大力量的所有条件灵活的模型是72 kN水平工作状态,也就是30 kN大于相应的刚性模型。这个验证水平条件是最危险的。因此在设计类似的大规模运动机械手机械灵活的影响应考虑。

4.4。固有频率分析和实验

在本节中,第一个自然频率在垂直平面上研究了。为了验证仿真是正确的测试所做的试验装置如图繁荣13。模拟试验装置的参数是一样的。材料是Q345B, 13.46米长。它安装在钢铁基地与螺纹腿和脚轮。使用线程的腿承受重力和运动动力学。所需的仪器还包括DEWETRON动态数据收集设备,24通道,8加速通道,2可以模块,和一个CPU。加速度计应变传感器也是必要的。繁荣的试验装置如图13。

通过分析获得的加速度信号的繁荣使模态柔性体固有频率可以通过FFT变换。仿真模型的相应的频率也在桌子上5。

图14显示第一个十秒提示加速模拟和实验的对比在水平工作状态。

根据表5,获得仿真结果的四个工作条件比测量的。这是因为只有四个繁荣相当于灵活的身体和其他连接链接和液压缸仍视为刚体。这就增加了固有频率在一定程度上。如果其他组件是灵活的固有频率接近试验值。

5。结论

采用虚拟样机技术建立大规模运动的刚性和柔性模型装在汽车的混凝土泵吊杆在这项研究中。灵活的模型已经采用模态叠加方法。通过比较这两个模型,顶端位移和气缸力,运动学和动力学特征研究。最灵活的模型位移的四个工作条件都比刚性模型。这是由于在运动灵活的模型振动。汽缸部队都很大程度上增加的所有条件和成为刚性模型的近2倍。结果表明,弹性分析是必要的。最后做了一个实验在一个试验台,证明该方法是合理的。垂直面的第一固有频率进行了研究。屋顶水平条件的最低频率和最大的一个条件。 And the results are in good agreement too. All of these provide vibration control reference and fatigue analysis of such low-frequency manipulators. The virtual prototyping technology is convenient in reducing production design cost and time for engineers.

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由研究“人类机动态特性的多自由度康复位移装置”(172102310542),“Multi-DOF康复病人转运装置动态特性和人机安全舒适的研究”(505140),“电梯交通的舒适性研究基于多体动力学”(没有。2015 kyjh33),河南省自然科学基金(2014 ggjs - 096和152102310357);pcsk9的剪切应力介导的异常表达在动脉粥样硬化斑块细胞(152102210339);机械因素对蛋白表达在动脉粥样硬化斑块的影响细胞(15 a180056)。

引用

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