Описание задачи
Рабочее оборудование гидравлического экскаватора должно обеспечивать выполнение требуемых технологических операций при различных режимах эксплуатации. При этом гидравлическая система должна создавать достаточные усилия для перемещения стрелы, рукояти и ковша, а рабочее оборудование — обеспечивать необходимую рабочую зону и траекторию копания.
В данном примере рассматривается моделирование динамики рабочего оборудования гидравлического экскаватора в программном комплексе PRADIS.
Математическая модель позволяет совместно рассчитывать работу гидравлической системы и многотельной механической модели рабочего оборудования, оценивая взаимное влияние гидропривода и механизма экскаватора.
Объект моделирования
В качестве объекта исследования рассматривается гидравлический экскаватор с рабочим оборудованием, состоящим из стрелы, рукояти и ковша.
Все движения рабочих органов выполняются исполнительными гидроцилиндрами, работа которых определяется параметрами гидравлической системы.
Рисунок 1 – Гидравлический экскаватор
Цели анализа
В процессе моделирования необходимо:
- проверить параметры гидравлической системы по реализации требуемых усилий рабочего оборудования;
- проверить соответствие характеристик гидроцилиндров требованиям рабочего процесса;
- определить рабочую область, обеспечиваемую механизмом;
- проверить возможность достижения требуемой траектории копания;
- проанализировать согласованность работы исполнительных гидроцилиндров.
Расчетная модель
Для решения задачи разработана комплексная математическая модель, включающая гидравлическую систему и многотельную динамическую модель рабочего оборудования.
Гидравлическая часть модели включает:
- гидронасос;
- распределители;
- гидролинии;
- гидроцилиндры рабочего оборудования;
- предохранительную и управляющую аппаратуру.
Механическая часть модели включает:
- стрелу;
- рукоять;
- ковш;
- шарнирные соединения;
- гидроцилиндры привода рабочих органов.
В процессе расчета одновременно моделируются:
- движение рабочих органов;
- работа гидроцилиндров;
- изменение расходов и давлений рабочей жидкости;
- взаимодействие гидропривода с механической системой.
Рисунок 2 – Расчетная модель гидравлической системы рабочего оборудования
Трехмерная анимация
После завершения расчета результаты моделирования отображаются в постпроцессоре PRADIS в виде трехмерной анимации.
Анимация позволяет наблюдать работу рабочего оборудования, перемещение стрелы, рукояти и ковша, а также контролировать правильность движения механизма.
Анимация движения рабочего оборудования
Результаты моделирования
В результате моделирования выполняется совместный анализ гидравлической системы и рабочего оборудования.
Полученные результаты позволяют определить:
- перемещения рабочих органов;
- скорости движения гидроцилиндров;
- давления в гидролиниях;
- усилия, развиваемые гидроцилиндрами;
- рабочую область механизма;
- траекторию движения ковша.
По результатам расчета оценивается соответствие параметров гидравлической системы требованиям рабочего процесса и определяется возможность выполнения заданной траектории копания.
Использование трехмерной анимации позволяет дополнительно проверить кинематику механизма, отсутствие взаимных пересечений элементов конструкции и корректность работы исполнительных гидроцилиндров.