淺水清淤裝置虛擬樣機設計

李治國++張雅靜

摘 要：結合挖掘烏梁素海底泥對延緩湖泊沼澤化的重要意義，采用Pro/E和Abaqus軟件對淺水清淤裝置進行虛擬樣機模型的建立。通過Pro/E進行參數(shù)化建模，裝配其組件后模仿真實運動情況。對清淤裝置主要部件進行力學分析，并利用Abaqus軟件進行有限元分析，為其樣機制造提供理論支持。

關鍵詞：清淤裝置 虛擬樣機 優(yōu)化 有限元分析

中圖分類號：TH112.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0101-01

烏梁素海是黃河流域的最大湖泊，在中國濕地、荒漠及動物物種三大生態(tài)系統(tǒng)保護中具有十分重要的地位。采用機械化技術（國家自然科學基金30160022；國家科技成果重點推廣計劃項目2002EC000128）收獲大型水生植物，可以對烏梁素海富營養(yǎng)化進行適度控制[1]。

虛擬樣機技術通過反復修改系統(tǒng)動力學模型，虛擬試驗不同的設計方案，并且不必浪費制造及調試物理樣機所需的時間，還可節(jié)省建立實驗臺、安裝設備等有關的費用，更快地確定影響系統(tǒng)的參數(shù)以獲得最優(yōu)設計方案[2]。該課題在研究中，創(chuàng)建虛擬設計平臺采用Pro/E和Abaqus兩大軟件，對淺水清淤裝置進行靜力學分析。

1 挖掘裝置受力分析

挖掘裝置是一個對稱機構，通常取單個進行討論。液壓清淤裝置單斗主要受力如下：其中：F1 —底板兩邊粘聚力和摩擦力；F2—兩邊切入阻力；F3—水平刃口阻力；F4—粘聚力和摩擦力；F5—主液壓缸壓力；F6—側液壓缸壓力。

2 清淤裝置虛擬樣機建立

2.1 設計流程

清淤裝置在Pro/E環(huán)境下進行虛擬設計虛擬設計流程如圖1。

2.2 建立清淤裝置模型

根據(jù)9GSCC-1.4型水草收割船的結構尺寸，在Pro/E中建立清淤裝置的三維模型。包括挖斗、主、側液壓缸、接頭、斗座、螺栓、銷等。

3 清淤裝置有限元分析

Abaqus被廣泛地認為是功能最強的有限元軟件，可以分析復雜的固體力學結構力學系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大復雜的問題和模擬高度非線性問題。本課題利用Abaqus對抓斗進行靜力學分析主要從兩方面進行：

（1）抓斗轉動時的動力學分析。

（2）抓斗靜止不動，對抓斗形狀、斗齒進行靜力學分析。

從圖2可知，應力相對較大的紅色區(qū)域特別少，沒有明顯的應力集中點。最大值出現(xiàn)在斗齒根部，應力值σmax= 15.6MPa<[σb]=245 MPa（ZGMn13）。

4 結語

（1）通過Pro/E對淺水清淤裝置建模、虛擬裝配，建立了虛擬樣機分析平臺，為清淤裝置的虛擬開發(fā)技術奠定了基礎。

（2）利用Abaqus模塊計算仿真獲得了單斗工作中的應力分布圖，為清淤裝置的設計制造提供了依據(jù)，提高了產(chǎn)品的設計質量，降低了設計成本，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。

參考文獻

[1] 厚福祥，尚士友.內蒙古梁素海生物促淤作用與底泥資源的發(fā)利用[J].東北林業(yè)學報，2002（3）：32-34.

[2] 楊崗，李芾.基于VR技術的CHRI轉向架虛擬裝配研究[J].機械設計與制造，2013（2）：74.

[3] 同濟大學.單斗液壓挖掘機[M].中國建筑工業(yè)出版社，1986：1-126.endprint

摘 要：結合挖掘烏梁素海底泥對延緩湖泊沼澤化的重要意義，采用Pro/E和Abaqus軟件對淺水清淤裝置進行虛擬樣機模型的建立。通過Pro/E進行參數(shù)化建模，裝配其組件后模仿真實運動情況。對清淤裝置主要部件進行力學分析，并利用Abaqus軟件進行有限元分析，為其樣機制造提供理論支持。

關鍵詞：清淤裝置 虛擬樣機 優(yōu)化 有限元分析

中圖分類號：TH112.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0101-01

烏梁素海是黃河流域的最大湖泊，在中國濕地、荒漠及動物物種三大生態(tài)系統(tǒng)保護中具有十分重要的地位。采用機械化技術（國家自然科學基金30160022；國家科技成果重點推廣計劃項目2002EC000128）收獲大型水生植物，可以對烏梁素海富營養(yǎng)化進行適度控制[1]。

虛擬樣機技術通過反復修改系統(tǒng)動力學模型，虛擬試驗不同的設計方案，并且不必浪費制造及調試物理樣機所需的時間，還可節(jié)省建立實驗臺、安裝設備等有關的費用，更快地確定影響系統(tǒng)的參數(shù)以獲得最優(yōu)設計方案[2]。該課題在研究中，創(chuàng)建虛擬設計平臺采用Pro/E和Abaqus兩大軟件，對淺水清淤裝置進行靜力學分析。

1 挖掘裝置受力分析

挖掘裝置是一個對稱機構，通常取單個進行討論。液壓清淤裝置單斗主要受力如下：其中：F1 —底板兩邊粘聚力和摩擦力；F2—兩邊切入阻力；F3—水平刃口阻力；F4—粘聚力和摩擦力；F5—主液壓缸壓力；F6—側液壓缸壓力。

2 清淤裝置虛擬樣機建立

2.1 設計流程

清淤裝置在Pro/E環(huán)境下進行虛擬設計虛擬設計流程如圖1。

2.2 建立清淤裝置模型

根據(jù)9GSCC-1.4型水草收割船的結構尺寸，在Pro/E中建立清淤裝置的三維模型。包括挖斗、主、側液壓缸、接頭、斗座、螺栓、銷等。

3 清淤裝置有限元分析

Abaqus被廣泛地認為是功能最強的有限元軟件，可以分析復雜的固體力學結構力學系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大復雜的問題和模擬高度非線性問題。本課題利用Abaqus對抓斗進行靜力學分析主要從兩方面進行：

（1）抓斗轉動時的動力學分析。

（2）抓斗靜止不動，對抓斗形狀、斗齒進行靜力學分析。

從圖2可知，應力相對較大的紅色區(qū)域特別少，沒有明顯的應力集中點。最大值出現(xiàn)在斗齒根部，應力值σmax= 15.6MPa<[σb]=245 MPa（ZGMn13）。

4 結語

（1）通過Pro/E對淺水清淤裝置建模、虛擬裝配，建立了虛擬樣機分析平臺，為清淤裝置的虛擬開發(fā)技術奠定了基礎。

（2）利用Abaqus模塊計算仿真獲得了單斗工作中的應力分布圖，為清淤裝置的設計制造提供了依據(jù)，提高了產(chǎn)品的設計質量，降低了設計成本，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。

參考文獻

[1] 厚福祥，尚士友.內蒙古梁素海生物促淤作用與底泥資源的發(fā)利用[J].東北林業(yè)學報，2002（3）：32-34.

[2] 楊崗，李芾.基于VR技術的CHRI轉向架虛擬裝配研究[J].機械設計與制造，2013（2）：74.

[3] 同濟大學.單斗液壓挖掘機[M].中國建筑工業(yè)出版社，1986：1-126.endprint

摘 要：結合挖掘烏梁素海底泥對延緩湖泊沼澤化的重要意義，采用Pro/E和Abaqus軟件對淺水清淤裝置進行虛擬樣機模型的建立。通過Pro/E進行參數(shù)化建模，裝配其組件后模仿真實運動情況。對清淤裝置主要部件進行力學分析，并利用Abaqus軟件進行有限元分析，為其樣機制造提供理論支持。

關鍵詞：清淤裝置 虛擬樣機 優(yōu)化 有限元分析

中圖分類號：TH112.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0101-01

烏梁素海是黃河流域的最大湖泊，在中國濕地、荒漠及動物物種三大生態(tài)系統(tǒng)保護中具有十分重要的地位。采用機械化技術（國家自然科學基金30160022；國家科技成果重點推廣計劃項目2002EC000128）收獲大型水生植物，可以對烏梁素海富營養(yǎng)化進行適度控制[1]。

虛擬樣機技術通過反復修改系統(tǒng)動力學模型，虛擬試驗不同的設計方案，并且不必浪費制造及調試物理樣機所需的時間，還可節(jié)省建立實驗臺、安裝設備等有關的費用，更快地確定影響系統(tǒng)的參數(shù)以獲得最優(yōu)設計方案[2]。該課題在研究中，創(chuàng)建虛擬設計平臺采用Pro/E和Abaqus兩大軟件，對淺水清淤裝置進行靜力學分析。

1 挖掘裝置受力分析

挖掘裝置是一個對稱機構，通常取單個進行討論。液壓清淤裝置單斗主要受力如下：其中：F1 —底板兩邊粘聚力和摩擦力；F2—兩邊切入阻力；F3—水平刃口阻力；F4—粘聚力和摩擦力；F5—主液壓缸壓力；F6—側液壓缸壓力。

2 清淤裝置虛擬樣機建立

2.1 設計流程

清淤裝置在Pro/E環(huán)境下進行虛擬設計虛擬設計流程如圖1。

2.2 建立清淤裝置模型

根據(jù)9GSCC-1.4型水草收割船的結構尺寸，在Pro/E中建立清淤裝置的三維模型。包括挖斗、主、側液壓缸、接頭、斗座、螺栓、銷等。

3 清淤裝置有限元分析

Abaqus被廣泛地認為是功能最強的有限元軟件，可以分析復雜的固體力學結構力學系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大復雜的問題和模擬高度非線性問題。本課題利用Abaqus對抓斗進行靜力學分析主要從兩方面進行：

（1）抓斗轉動時的動力學分析。

（2）抓斗靜止不動，對抓斗形狀、斗齒進行靜力學分析。

從圖2可知，應力相對較大的紅色區(qū)域特別少，沒有明顯的應力集中點。最大值出現(xiàn)在斗齒根部，應力值σmax= 15.6MPa<[σb]=245 MPa（ZGMn13）。

4 結語

（1）通過Pro/E對淺水清淤裝置建模、虛擬裝配，建立了虛擬樣機分析平臺，為清淤裝置的虛擬開發(fā)技術奠定了基礎。

（2）利用Abaqus模塊計算仿真獲得了單斗工作中的應力分布圖，為清淤裝置的設計制造提供了依據(jù)，提高了產(chǎn)品的設計質量，降低了設計成本，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。

參考文獻

[1] 厚福祥，尚士友.內蒙古梁素海生物促淤作用與底泥資源的發(fā)利用[J].東北林業(yè)學報，2002（3）：32-34.

[2] 楊崗，李芾.基于VR技術的CHRI轉向架虛擬裝配研究[J].機械設計與制造，2013（2）：74.

[3] 同濟大學.單斗液壓挖掘機[M].中國建筑工業(yè)出版社，1986：1-126.endprint