基于ADAMS和SIMULINK的柔性混凝土泵車臂架系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、混凝土泵車是將輸送成品混凝土和澆注作業(yè)集為一體的現(xiàn)代建筑機(jī)械。隨著臂架節(jié)數(shù)不斷加長(zhǎng)、設(shè)計(jì)輕質(zhì)化趨勢(shì)，泵車臂架系統(tǒng)已然成為一個(gè)典型的多自由度柔性系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)存在比較明顯的抖動(dòng)。如何能實(shí)現(xiàn)泵車智能化控制、平穩(wěn)可靠地確定末端澆注位置成為臂架研究的熱點(diǎn)。
　　考慮到泵車作為大型工程機(jī)械，各類控制算法無(wú)法貿(mào)然在實(shí)際泵車上進(jìn)行驗(yàn)證，需要?jiǎng)?chuàng)建柔性泵車臂架系統(tǒng)模型，以便為控制算法的研究提供驗(yàn)證平臺(tái)。本文在充分研究某型號(hào)泵車臂架系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作

2、原理的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了柔性臂架系統(tǒng)模型，并基于ADAMS和Simulink實(shí)現(xiàn)聯(lián)合控制仿真。具體工作內(nèi)容如下:
　　1.完成泵車臂架系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模并求解。本文將柔性臂架視為歐拉梁以簡(jiǎn)化模型，基于多體動(dòng)力學(xué)理論和拉格朗日方程，建立起兩節(jié)臂剛性和柔性臂架的動(dòng)力學(xué)方程。采用數(shù)值解法，結(jié)合Simulink仿真，求解多維二階微分方程組。從剛性和柔性臂架系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果可以看出柔性因素對(duì)臂架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的影響主要體現(xiàn)在臂架的小幅度振動(dòng)，

3、這為后續(xù)的臂架模型仿真提供依據(jù)和對(duì)照。
　　2.搭建五節(jié)剛性臂架系統(tǒng)模型。結(jié)合某企業(yè)的混凝土泵車系列技術(shù)手冊(cè)，在Pro/E中巧妙借助基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)面，采用鏡像、倒角和軌跡掃描等方式展現(xiàn)模型特征，并將各臂架零件通過不同約束方式組裝成等比例臂架系統(tǒng)模型。借助無(wú)縫接口模塊Mechpro為各鉸接處添加約束和標(biāo)識(shí)，并生成剛體文件導(dǎo)入到ADAMS中，建立起剛性臂架系統(tǒng)。
　　3.搭建柔性泵車臂架系統(tǒng)模型。在ANSYS中，靈活設(shè)置工作平面，

4、對(duì)外形不規(guī)則的臂架零件進(jìn)行實(shí)體切割，用映射網(wǎng)格劃分規(guī)則部分，用自由網(wǎng)格劃分不規(guī)則部分，從而得到較為精細(xì)的網(wǎng)絡(luò)劃分效果。對(duì)柔性臂架進(jìn)行模態(tài)分析并將柔性文件導(dǎo)入到ADAMS中替代剛性臂架，對(duì)比兩個(gè)軟件中柔性臂架的各階模態(tài)頻率等相關(guān)屬性以確保柔性文件傳輸正確，從而建立起柔性臂架系統(tǒng)模型。
　　4.驗(yàn)證柔性臂架系統(tǒng)模型的正確性。本文使用添加旋轉(zhuǎn)約束驅(qū)動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)臂架實(shí)時(shí)鎖定的功能，并結(jié)合傳感器的使用，編寫腳本文件控制柔性臂架完成啟停運(yùn)動(dòng)。

5、仿真結(jié)果表明，柔性臂架末端在突然停止時(shí)出現(xiàn)減幅振動(dòng)，與實(shí)際臂架運(yùn)動(dòng)特性吻合。
　　5.構(gòu)建聯(lián)合仿真系統(tǒng)，并進(jìn)行控制方案的驗(yàn)證。仿真方案中，將臂架末端的軌跡控制轉(zhuǎn)化為各節(jié)臂架的角度控制，使用C語(yǔ)言編程求臂架運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，并封裝成仿真模塊。采用PID控制算法，控制臂架末端沿著直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)比剛性和柔性臂架系統(tǒng)的仿真結(jié)果，可以看出，隨著臂架長(zhǎng)度的增加，柔性對(duì)臂架末端抖動(dòng)的影響越來(lái)越大。
　　本文建立的柔性臂架系統(tǒng)可以如實(shí)反映實(shí)際泵車臂