基于ADAMS和SIMULINK的柔性混凝土泵車臂架系統(tǒng)的動力學仿真設計與研究.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)代建筑機械。隨著臂架節(jié)數(shù)不斷加長、設計輕質化趨勢，泵車臂架系統(tǒng)已然成為一個典型的多自由度柔性系統(tǒng)，運動時存在比較明顯的抖動。如何能實現(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。
　　考慮到泵車作為大型工程機械，各類控制算法無法貿(mào)然在實際泵車上進行驗證，需要創(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證平臺。本文在充分研究某型號泵車臂架系統(tǒng)的機械結構和工作

2、原理的基礎上，創(chuàng)建了柔性臂架系統(tǒng)模型，并基于ADAMS和Simulink實現(xiàn)聯(lián)合控制仿真。具體工作內容如下:
　　1.完成泵車臂架系統(tǒng)的動力學建模并求解。本文將柔性臂架視為歐拉梁以簡化模型，基于多體動力學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力學方程。采用數(shù)值解法，結合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)的動力學仿真結果可以看出柔性因素對臂架系統(tǒng)動力學性能的影響主要體現(xiàn)在臂架的小幅度振動，

3、這為后續(xù)的臂架模型仿真提供依據(jù)和對照。
　　2.搭建五節(jié)剛性臂架系統(tǒng)模型。結合某企業(yè)的混凝土泵車系列技術手冊，在Pro/E中巧妙借助基準線和基準面，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。借助無縫接口模塊Mechpro為各鉸接處添加約束和標識，并生成剛體文件導入到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，靈活設置工作平面，

4、對外形不規(guī)則的臂架零件進行實體切割，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，從而得到較為精細的網(wǎng)絡劃分效果。對柔性臂架進行模態(tài)分析并將柔性文件導入到ADAMS中替代剛性臂架，對比兩個軟件中柔性臂架的各階模態(tài)頻率等相關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.驗證柔性臂架系統(tǒng)模型的正確性。本文使用添加旋轉約束驅動的方法實現(xiàn)臂架實時鎖定的功能，并結合傳感器的使用，編寫腳本文件控制柔性臂架完成啟停運動。

5、仿真結果表明，柔性臂架末端在突然停止時出現(xiàn)減幅振動，與實際臂架運動特性吻合。
　　5.構建聯(lián)合仿真系統(tǒng)，并進行控制方案的驗證。仿真方案中，將臂架末端的軌跡控制轉化為各節(jié)臂架的角度控制，使用C語言編程求臂架運動學逆解，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動。對比剛性和柔性臂架系統(tǒng)的仿真結果，可以看出，隨著臂架長度的增加，柔性對臂架末端抖動的影響越來越大。
　　本文建立的柔性臂架系統(tǒng)可以如實反映實際泵車臂