[发明专利]推土铲倾斜机构动力学仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于动力学仿真分析方法领域，特别涉及一种推土铲倾斜机构动力学仿真分析方法。

背景技术

推土铲是推土机的主要工作装置，主要用来平整场地、回填基坑、铲除障碍、清除积雪，短距离内铲运和堆积松散物料等作业。复杂多变的工况决定了推土铲能够完成提升、下降、倾斜甚至调角等组合动作。研究推土铲在提升、下降、倾斜、调角等运动过程中的受力变化，是优化推土铲结构、提升产品质量的重要工作。

推土铲动力学模型：利用虚拟样机技术，根据实际推土铲机构，建立的模拟推土铲提升、下降、倾斜等作业过程中运动和受力变化的模型，其运动副主要包括旋转副、球铰副、圆柱副。合格的推土铲动力学模型应该同时满足运动学和力学方面的双重要求。

近年来，虚拟样机技术作为一种产品设计手段得到了迅猛发展。利用虚拟样机软件建立产品的虚拟样机，开展其动力学分析能够辅助甚至替代物理样机，对产品进行设计验证和测试，从而缩短产品开发周期，降低开发成本。对于推土铲而言，其倾斜机构（见图1）较为特殊。推土铲在倾斜时，倾斜油缸进行伸缩，推动刀头转动，实现了倾斜功能。此时，提升油缸的大、小腔油路相通，且处于闭锁位置，相互被迫做反向位移。也就是说，推土铲在倾斜时，仅仅依靠倾斜油缸的主动作用，进行倾斜动作，提升油缸并没有主动的进行升降动作。

鉴于推土铲倾斜机构的特殊性，在开展推土铲倾斜动力学仿真时，如果仅仅在倾斜油缸处施加驱动，即便是空载时，推土铲也会一边做倾斜运动，一边在重力的作用下绕左、右耳轴的连线做钟摆运动，与实际运动严重不符。究其原因，实际的推土铲机构在进行倾斜时，虽然提升油缸没有像倾斜油缸一样去主动的伸缩，但是提升油缸对刀头会有一个拉力，保证了推土铲不会做钟摆运动。并且，由于左右提升油缸的大、小腔分别联通，且结构相同，因此在实际工作过程中，提升油缸对推土铲的作用力是相等的。如果按照推土铲的实际机构及液压作用机理进行倾斜动力学仿真，推土铲就会出现上述的钟摆运动症状。这也就是推土铲倾斜动力学仿真较难开展的主要原因。

为了能够研究推土铲在倾斜过程中的受力变化，学者对推土铲的倾斜动力学仿真进行了一些尝试，通常的做法就是为左、右提升油缸中的一个施加位移驱动，使其位移变化与另外一个提升油缸的位移变化大小相等、方向相反。这种方法的思想是，推土铲倾斜时，要让倾斜油缸和一个提升油缸共同主动工作。其结果是尽管推土铲能够在重力或载荷的环境里实现倾斜运动，且左、右提升油缸位移变化大小相等、方向相反，但是左、右提升油缸的作用力大小相差数倍，甚至作用力的方向也会颠倒；并且推土铲的铰点作用力与试验值或理论值的误差较大。显而易见，这种方法的思想与实际是不符的，其仿真结果也是不准确的。

综上所述，现有技术的缺点是：

（1）进行推土铲的倾斜动力学仿真分析时，需要为提升油缸增加额外的驱动，与实际推土铲的倾斜原理不符；

（2）左、右提升油缸的受力大小相差过大，不遵循实际的提升油缸受力规律；

（3）仿真分析结果不准确，误差较大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种推土铲倾斜机构动力学仿真方法，使推土铲倾斜机构动力学仿真分析的结果与实际更加吻合。

本发明的技术方案是：

一种推土铲倾斜机构动力学仿真方法，包括以下步骤：

1）根据推土铲倾斜机构，建立其动力学模型，并对该模型进行动力学仿真；所述动力学模型包括左、右提升油缸和刀头。

2）测量左、右提升油缸与刀头铰接点处的位移，得到曲线A；所述左、右提升油缸与刀头铰接点分别设为上铰点a、上铰点b、下铰点c和下铰点d。

3）在步骤1）所述动力学模型的基础上，使用杠杆机构取代左、右提升油缸，再次进行动力学仿真；所述杠杆机构由左、上、右三个杆组成，左、右杆为二力杆，上杆为杠杆；左、右杆取代了左、右提升油缸的位置，左、右杆的铰点与原左、右提升油缸的铰点位置重合，分别为上铰点a、上铰点b、下铰点c和下铰点d。

4）再次测量上铰点a、上铰点b、下铰点c和下铰点d处的位移，得到曲线B。

5）对比曲线A、曲线B是否吻合；如果吻合，则说明步骤3）建立的动力学模型符合了运动学要求，进行步骤6）；如果不吻合，则说明步骤3）建立的动力学模型出现了偏差，没有符合运动学要求，需要进行参数调整，重新进行步骤1）操作。