混凝土泵车臂架刚柔耦合动力学分析

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发布时间：2021-09-17

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混凝土泵车臂架刚柔耦合动力学分析
张俊俊，王基生，王江勇，刘罡
(西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室，四JI1绵阳621010)
摘要：混凝土泵车臂架的柔性效应对其零件的强度、末端运动轨迹和液压缸驱动力都产生不可忽略的影响，因此对
其进行刚柔耦合分析是必要的。基于有限元分析软件ANSYS和动力学分析软件ADAMS，建立了27m混凝土泵车臂架
的多刚体模型和刚柔耦合模型。分析比较了相同工况下多刚体模型和刚柔耦合模型中液压缸的受力，研究了不同速度
和阻尼对液压缸驱动力的影响。仿真结果表明，该方法可实现对大型机械臂的刚柔耦合分析，为臂架系统的设计和优
化提供理论指导。
关键词：臂架；柔性体；刚柔耦合；液压缸
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1001—3997(2014)08—0062—03
Rigid-Flexible Coupling Dynamic Analysis on Concrete Pump Truck Boom
ZHANG Jun-jun，WANG Ji—sheng，WANG Jiang-yong，LIU Gang
(Key Laboratory of Testing Technology for Manufacturing Process of Ministry of Education，Southwest University of Science
and Technology，Sichuan Mianyang 621010，China)
Abstract：The boom’Sflexible efect on its parts’strength，trajectoryprecision and drivingforce ofthe hydraulic cylinder can
not be ignored，SO it was necessary to do its rigid-flexible coupling analysis．Based onfinite element software ANSYS and
dynamics sofiware ADAMS，the multi-body model and rigid-flexible coupling model of27 meter concrete pump truck boom
were built．The analysis compared the force of the hydraulic cylinder between the multi-bo model and d-flexible
coupling model uncler sulne working conditions，and the impact ofdiferent parameters to the drivingyorce ofthe hydraulic
cylinder were studied．The simulation results show that the method is suitablefor rigid-flexible coupling analysis oflarge—
scale robotic n，1 ．and it Can alsoprovide theoretical guidancefor the design and optimization ofthe boom system．
Key W ords：Boom；Flexible Body；Rigid-Flexible Coupling；Hydraulic Cylinder
I引言
混凝土泵车将混凝土泵安装在汽车底盘上或专用车辆上，
将混凝土的输送和浇灌工序综合在一起，既节省时间和劳动力，
减轻工人的劳动强度，又能保证施工质量，减少成品混凝土的损
耗。其臂架是用钢板焊接而成的箱形梁结构，长宽比大，传统的
机械设计以静力分析为主，既不能反映喷性对柔性体变形和受力
的影响，也不考虑柔性变形对运动轨迹的影响。随着泵车臂架长
度不断增长，对机构的可靠性要求不断提高，静态设计已不能满
足要求。在实际工作的过程中，臂架在运动过程中产生的振动对
自身强度、驱动力的大小和控制策略都产生重要的影响。
基于动力学分析软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS，
建立了27m混凝土泵车臂架系统的多刚体模型和冈柔耦合模
型，其结构，如图1所示。分析臂架的柔性效应对液压驱动力所产
生的影响，为泵车臂架及液压系统的设计与优化提供参考。
图1泵车臂架系统简图
Fig．1 The Pump Truck Boom System Diagram
2柔性体的建立
2。1柔性体基础理论
ADAMS中的柔性体可分为离散式和模态式两种131。离散式
柔I生体以梁单元连接，单元数目越多越接近真实变形情况。这种
柔性体可以模拟物体的非线性变形，但对较复杂的模型不适用。