基于Simpack的重载操作机刚柔耦合动力学分析.PDF

第８卷第３期２０１０年９月 动力 学 与控 制 学报 Ｖｏｌ．８Ｎｏ．３ １６７２６５５３／２０１０／０８ ／２６７６ Ｓｅｐ．２０１０ ⑶ ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＤＹＮＡＭＩＣＳＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬ 基于Ｓｉｍｐａｃｋ的重载操作机刚柔耦合动力学分析 韩雅楠　李刚　罗晓明 （大连理工大学工程力学系，工业装备结构分析国家重点实验室，大连　１１６０２３） 摘要　首先介绍了柔性物体进行动力学分析时连体基的选取原则，以保障物体的小变形效应．进而阐述了 在连体基下弹性物体的主模态、约束模态，以此作为重载操作机刚柔耦合动力学分析的模态基底．由Ｊｏｕｒ ｄａｉｎ虚功率原理，详细推导了刚柔耦合动力学分析虚功率方程，并且得到多体动力学分析的微分控制方程． 另外，本文由流量守恒定律以及伯努利方程推导出液压等效的非线性刚度．最后，基于Ｓｉｍｐａｃｋ软件，分析了 操作机提升运动和锻造作业两种典型工况． 关键词　重载操作机，　柔性动力学，　模态集，　液压刚度 对于操作机这样的重型机械系统，现大都采用 引言 ［２］ 多刚体模型进行动力学分析 ，对其进行柔性动力 重载操作机异常庞大，以承受巨大的锻造力的 学分析的比较少，并且都是针对于相对小型的操作 作用，锻造力有时会达到上千吨．图１所示为工作过 ［５７］ 机械 ．原因在于操作机构件刚度大，运行速度 程中断裂的钳颚．随着操作机朝着大型化、重载化的 低．然而，操作机受到极端载荷的作用，另外操作机 方向发展，直接关系到操作机安全运行的问题也日 由运动变为静止的时候，用到大量的缓冲装置，这 益突出．目前世界上著名的生产锻造操作机的公司 必然产生振动，有时候振动幅度和频率都很高，这 主要有德国的 ＳＭＳ公司，ＤＤＳ公司，捷克的ＺＤＡＳ 种冲击引起的动载荷是必须加以考虑的．不考虑构 公司等．我国在大型锻造操作机装备方面相对薄弱， 件的柔性，就很难比较准确地模拟这些运动形式． 影响了大型复杂 ．锻造操作机进行物理样机实验通 本文介绍了柔性物体进行动力学分析时的连 常是不可行的，所以使用虚拟样机技术就成为设计 体基的选取原则．阐述了在连体基下弹性物体的主 ［１］ 制造的必经之路，以达到产品制造的最优目标 ． 模态、约束模态．由Ｊｏｕｒｄａｉｎ虚功率原理，详细推导 了刚柔耦合动力学分析的虚功率方程，并且得到多 体动力学分析的微分控制方程．另外，重载操作机 是带多重冗余机构的并联控制系统，操作机的不同 运动形式由复杂的液压回路实现．对于液压控制系 统，利用Ｍａｔｌａｂ的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建模不但对于控制策 略的要求非常高，而且计算效率也会非常低．为了 提高计算效率，本文由流量守恒定律以及伯努利方 图１　 断裂的钳颚 程推导出液压等效的非线性刚度．进而，用非线