基于Pro／E的装载机工作装置虚拟样机与仿真分析
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虚 拟 样 机 的设 计 提 供 了科 学 的参 考 依 据 。
关键 词 ：装 载 机 ； 工 作 装 置 ；虚 拟 样 机 ；仿 真
文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ是 一 款 包 括 Ｃ ＡＤ／ Ｃ ＡＭ／ Ｃ ＡＥ 的 大型设计 软件 ［ １ ］ ， 其 不 仅 可 用 来 建 立 相 应 的几 何 模 型， 而 且还可 对模 型进 行仿 真模 拟 ， 并 对仿 真模 拟 的结 果 进行 分析 ， 以及 时发 现设计 中所存 在的 问题 ， 从 而 在 设 计 阶段就 解决 这些 问 题 ， 以减 少 生 产及 投 入 使 用 后 的维修 费用 ， 这不 仅有 利于 企业 经济 效益 的提 高 ， 而 且 减 少 了设计 所耗 费的 时 间。
收 稿 Ｈ期 ：２ ０ １ ３ — ０ ６ — ２ ４ ；修 回 ｝ ］ 期 ：２ ０ １ ３ ０ ８ — ２ ４
图ｌ 装 载 机 工 作 装 置 虚 拟 样 机
３ 虚拟样 机 的动态模 拟
虚拟 样机装 配 好后 ， 就 可 以利 用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ 软 件进行 动态模拟及分析 ， 其 动态模拟及 分析流程见 图 ２ 。
作 者 简介 ： 张椭 （ １ ９ ８ ３ 一 ） ， 女 ，辽 宁营 口人 ，讲 师 ，本 科 ，主 要 研究 方 向 ：Ｃ ＡＤ／ ＣＡＭ 软 件应 用 。
建立连接 连接轴设定 运 动副伺服 电动 机
建立运动 模型
设置运动 环境 分 析运动机构 获取分析结 果
重 力 ． 执 行电动机 旌加 载荷 初 始条件 运动干 涉检查 运 动 包 络 轨迹 曲线
运 动 学 动态分 析 静态 分析 修 改
图 ２ 工 作 装 置 动 态 模 拟 与 分 析 流 程
３ ． １ 虚 拟 样 机 的 动 态模 拟
装载 机工 作装 置 主要 有 ６种 工 况 ， 分 别 是 铲 斗铲 掘 后收 斗过程 、 运输 过 程 、 动臂举升过程、 铲 斗卸 料过 程、 动臂 下 降过程 和动 臂 下 降 至铲 掘 位 置 时 铲 斗 的 自 动放平 过程 。６种工 况 的工作 是靠 ６种 不 同 的伺 服 电 机 来完 成 的 ， 将 ６个不 同的伺 服 电机 安 装 在 铲 斗 连 接 动臂 以及 动臂 连接 机架 的铰 接点上 。 对伺 服 电动机 的 收斗 、 举臂、 翻斗 、 收斗 、 降臂 和 翻
１ 建 立装载 机 工作装 置 的立体 模型
并 不需要 进行 移动 ， 使得 整个建 模工 作 量大 大减 少 ， 效 率也 大大 提高 。本 文所装 配 的装 载 机工 作装 置 的虚拟 样 机主要 是 以 Ｚ Ｌ ０ ５为原 型 ， 装 配好 的 装 载 机 工 作 装
置 虚拟样 机见 图 ｌ 。
基于 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ 的装 载机工作装置虚拟样机 与仿真分析
张 楠
（ 营 口职 业 技 术 学 院 。辽 宁 营 口 ｌ １ ５ ０ ０ ０ ）
摘 要 ：将 Ｐ ｒ ０ ／ Ｅ 应 用 于 装 载 机 工 作 装 置 仿 真 中 ，通 过 建 立 装 载 机 工 作 装 置 的模 型 ．进 行 了虚 拟 样 机 的装 配 ， 并 对 虚 拟 样 机 进 行 了动 态 模 拟 、 干 涉 检 查 以及 运 动 仿 真 ，为 装 载 机 工 作装 置 的设 计 提供 参考 ， 同 时 也 为 其 他
建 立装 载机 工作装 置 的立 体模 型所遵 循 的原则 是 尽 量 简化 图形 ］ ， 略去 倒角 和 圆角等非 关键 性信 息 ， 以 免 图形 变得 复杂 而不 利于模 型 的建 立 。在进行 具体 的 建模 时要注 意根 据 图形 的不 同 形状 来 选 择 建 模 方式 ， 利用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ 软 件建 模 主要 是对 图形进 行 拉 伸 、 旋 转 以及扫 描等 操作 ， 最 终 形 成 装 载 机 工作 装 置 的 立 体模 型 。 ２ 虚拟样机 的装配 装 载机 工作 装置 是 一 种 多 杆件 的机 构 ， 传 统 虚 拟 样 机 的装配 主要 是利 用 骨 架 模 型 ， 虽 然 骨 架模 型 这 种 装 配 方法可 使装 载机 工 作 装 置 的精 准度 得 以 保证 ， 但 是其 效率 较 低 。本 文 中使 用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ软 件 进 行 装配 的方法 比较 简 单 ， 动臂连接前 车架、 动 臂 连 接 铲 斗、 液压缸 缸筒 连接 前 车 架 以及 摇 杆 连 接 动臂 的方 式 都是 利用“ 销轴 ” 来 进行 约束 ， 而 液 压 缸 活 塞杆 连 接 缸 筒、 液 压缸 活塞 杆连 接动臂 、 连 杆连 接铲 斗 以及 连杆 连 接摇 杆都 是利 用“ 销 轴” 结合“ 圆柱 ” 进行 约束 。另外 一 些 辅 助零件 ， 如销钉 或 是后 车 架 等 均 是 利用 “ 匹配” 或 是“ 插入” 等方 式来 进行 约束 ， 此 约 束 方 法 是 一种 刚 性 连接 一 。所 有 部件连 接好后 整 个装 载机 工作装 置 的虚 拟样 机就 装配完 成 了 。此 虚拟 样机 装 配时铲 斗及 动臂
第１ 期（ 总第 １ ８ ２期 ）
２ ０ １ ４年 ０ ２月
机 械 工 程 与 自 动 化 Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ８ Ｌ ＡＵＴ（ ） Ｍ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎｏ．】
Ｆｅ ｂ ．
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ３ ２ — ０ ２
关键 词 ：装 载 机 ； 工 作 装 置 ；虚 拟 样 机 ；仿 真
文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ是 一 款 包 括 Ｃ ＡＤ／ Ｃ ＡＭ／ Ｃ ＡＥ 的 大型设计 软件 ［ １ ］ ， 其 不 仅 可 用 来 建 立 相 应 的几 何 模 型， 而 且还可 对模 型进 行仿 真模 拟 ， 并 对仿 真模 拟 的结 果 进行 分析 ， 以及 时发 现设计 中所存 在的 问题 ， 从 而 在 设 计 阶段就 解决 这些 问 题 ， 以减 少 生 产及 投 入 使 用 后 的维修 费用 ， 这不 仅有 利于 企业 经济 效益 的提 高 ， 而 且 减 少 了设计 所耗 费的 时 间。
收 稿 Ｈ期 ：２ ０ １ ３ — ０ ６ — ２ ４ ；修 回 ｝ ］ 期 ：２ ０ １ ３ ０ ８ — ２ ４
图ｌ 装 载 机 工 作 装 置 虚 拟 样 机
３ 虚拟样 机 的动态模 拟
虚拟 样机装 配 好后 ， 就 可 以利 用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ 软 件进行 动态模拟及分析 ， 其 动态模拟及 分析流程见 图 ２ 。
作 者 简介 ： 张椭 （ １ ９ ８ ３ 一 ） ， 女 ，辽 宁营 口人 ，讲 师 ，本 科 ，主 要 研究 方 向 ：Ｃ ＡＤ／ ＣＡＭ 软 件应 用 。
建立连接 连接轴设定 运 动副伺服 电动 机
建立运动 模型
设置运动 环境 分 析运动机构 获取分析结 果
重 力 ． 执 行电动机 旌加 载荷 初 始条件 运动干 涉检查 运 动 包 络 轨迹 曲线
运 动 学 动态分 析 静态 分析 修 改
图 ２ 工 作 装 置 动 态 模 拟 与 分 析 流 程
３ ． １ 虚 拟 样 机 的 动 态模 拟
装载 机工 作装 置 主要 有 ６种 工 况 ， 分 别 是 铲 斗铲 掘 后收 斗过程 、 运输 过 程 、 动臂举升过程、 铲 斗卸 料过 程、 动臂 下 降过程 和动 臂 下 降 至铲 掘 位 置 时 铲 斗 的 自 动放平 过程 。６种工 况 的工作 是靠 ６种 不 同 的伺 服 电 机 来完 成 的 ， 将 ６个不 同的伺 服 电机 安 装 在 铲 斗 连 接 动臂 以及 动臂 连接 机架 的铰 接点上 。 对伺 服 电动机 的 收斗 、 举臂、 翻斗 、 收斗 、 降臂 和 翻
１ 建 立装载 机 工作装 置 的立体 模型
并 不需要 进行 移动 ， 使得 整个建 模工 作 量大 大减 少 ， 效 率也 大大 提高 。本 文所装 配 的装 载 机工 作装 置 的虚拟 样 机主要 是 以 Ｚ Ｌ ０ ５为原 型 ， 装 配好 的 装 载 机 工 作 装
置 虚拟样 机见 图 ｌ 。
基于 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ 的装 载机工作装置虚拟样机 与仿真分析
张 楠
（ 营 口职 业 技 术 学 院 。辽 宁 营 口 ｌ １ ５ ０ ０ ０ ）
摘 要 ：将 Ｐ ｒ ０ ／ Ｅ 应 用 于 装 载 机 工 作 装 置 仿 真 中 ，通 过 建 立 装 载 机 工 作 装 置 的模 型 ．进 行 了虚 拟 样 机 的装 配 ， 并 对 虚 拟 样 机 进 行 了动 态 模 拟 、 干 涉 检 查 以及 运 动 仿 真 ，为 装 载 机 工 作装 置 的设 计 提供 参考 ， 同 时 也 为 其 他
建 立装 载机 工作装 置 的立 体模 型所遵 循 的原则 是 尽 量 简化 图形 ］ ， 略去 倒角 和 圆角等非 关键 性信 息 ， 以 免 图形 变得 复杂 而不 利于模 型 的建 立 。在进行 具体 的 建模 时要注 意根 据 图形 的不 同 形状 来 选 择 建 模 方式 ， 利用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ 软 件建 模 主要 是对 图形进 行 拉 伸 、 旋 转 以及扫 描等 操作 ， 最 终 形 成 装 载 机 工作 装 置 的 立 体模 型 。 ２ 虚拟样机 的装配 装 载机 工作 装置 是 一 种 多 杆件 的机 构 ， 传 统 虚 拟 样 机 的装配 主要 是利 用 骨 架 模 型 ， 虽 然 骨 架模 型 这 种 装 配 方法可 使装 载机 工 作 装 置 的精 准度 得 以 保证 ， 但 是其 效率 较 低 。本 文 中使 用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ软 件 进 行 装配 的方法 比较 简 单 ， 动臂连接前 车架、 动 臂 连 接 铲 斗、 液压缸 缸筒 连接 前 车 架 以及 摇 杆 连 接 动臂 的方 式 都是 利用“ 销轴 ” 来 进行 约束 ， 而 液 压 缸 活 塞杆 连 接 缸 筒、 液 压缸 活塞 杆连 接动臂 、 连 杆连 接铲 斗 以及 连杆 连 接摇 杆都 是利 用“ 销 轴” 结合“ 圆柱 ” 进行 约束 。另外 一 些 辅 助零件 ， 如销钉 或 是后 车 架 等 均 是 利用 “ 匹配” 或 是“ 插入” 等方 式来 进行 约束 ， 此 约 束 方 法 是 一种 刚 性 连接 一 。所 有 部件连 接好后 整 个装 载机 工作装 置 的虚 拟样 机就 装配完 成 了 。此 虚拟 样机 装 配时铲 斗及 动臂
第１ 期（ 总第 １ ８ ２期 ）
２ ０ １ ４年 ０ ２月
机 械 工 程 与 自 动 化 Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ８ Ｌ ＡＵＴ（ ） Ｍ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎｏ．】
Ｆｅ ｂ ．
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ３ ２ — ０ ２