一种基于VBA系统的挖掘机工作装置性能仿真计算方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于VBA系统的挖掘机工作装置性能仿真计算方法，包括基于VBA的仿真系统，基于VBA的仿真系统连接有多体动力学软件，基于VBA的仿真系统包括设置模块，设置模块连接有挖掘力计算曲线模块、机构性能曲线模块、挖掘范围模块、整车稳定性模块、油缸理论挖掘力模块和云图模块。本发明专利技术实现了工作装置多体动力学模型的参数化，计算分析流程的自动化，基本性能计算的模块化，大大提升计算效率，节约了人员和时间成本。由于本发明专利技术将工作装置性能计算模块化，共用一个输入文件，改进其中一个模块时只需在输入文件更改，其余模块不需要重新输入，其它模块自动更新结果，模块化提高仿真效率，使用简单、快捷。

A performance simulation method of excavator working device based on VBA system

【技术实现步骤摘要】
一种基于VBA系统的挖掘机工作装置性能仿真计算方法
本专利技术涉及挖掘机工作装置性能仿真计算领域，具体涉及一种基于VBA系统的挖掘机工作装置性能仿真计算方法。
技术介绍
液压挖掘机工作装置在实际作业过程中运动和受力情况都较复杂，工况多变，工作装置作为主要执行动作部件，其结构性能对挖掘机的整体性能、工作可靠性和安全性都有重要的影响。工作装置性能包括挖掘力，作业范围，铰点力，连杆机构效率以及吊重能力等多个方面。目前国内对工作装置性能计算的方法有很多种，包括运用动力学软件，语言编程等，但是一般都针对单个性能，其中方便易用，参数化程度高的较少。目前大多用多体动力学软件计算挖掘机工作装置性能，常规的分析的流程为：第一步，三维实体造型软件中建立工作装置的三维实体模型；第二步，利用三维实体造型软件与多体动力学仿真软件的接口，将实体模型导入多体动力学仿真软件中；第三步，在多体动力学软件中设定运动副装配关系；第四步，利用软件对工作装置的动力学特性进行分析。CN104915477B《一种矿用液压挖掘机挖掘阻力的仿真方法》里面公开的基本技术这样的分析流程。现有的分析流程繁琐，操作复杂；参数化程度低，不便拓展进行其它基本性能分析(挖掘力云图，挖掘范围)；未实现工作装置性能研究模块化；无法自动提取计算结果，不便对输出数据进行对比展示。
技术实现思路
为了克服目前液压挖掘机工作装置性能计算存在的参数化程度低，不便拓展其他性能计算等问题，本专利技术提供了一种基于VBA系统的挖掘机工作装置性能仿真计算方法，该方法可以帮助设计出合理的挖掘机工作装置，仿真系统将性能计算模块化，统一输入模板，通用参数化多体动力学模型，自动提取结果并进行处理展示。本专利技术采用以下的计算方案：一种基于VBA系统的挖掘机工作装置性能仿真计算方法，包括基于VBA的仿真系统，基于VBA的仿真系统连接有多体动力学软件，基于VBA的仿真系统包括设置模块，设置模块连接有挖掘力计算曲线模块、机构性能曲线模块、挖掘范围模块、整车稳定性模块、油缸理论挖掘力模块和云图模块；计算方法包括以下步骤：步骤1：打开基于VBA的仿真系统界面，通过设置模块导入模型文件，构建工作装置模型；模型文件包含挖掘机工作装置铰点坐标参数、质量参数和稳定性计算参数文件；步骤2：根据需要从挖掘力计算曲线模块、机构性能曲线模块、挖掘范围模块、整车稳定性模块、油缸理论挖掘力模块和云图模块中选择一个或多个模块；步骤3：步骤2中选择的模块将设置模块中的模型文件传递给多体动力学软件，多体动力学软件自动计算，并自动提取结果，结果包括：(1)各个铰点力，各个方向分力以及合力；(2)动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的长度、压力以及受力状态；(3)各个铰点坐标；(4)各个姿态最大挖掘力；步骤4：多体动力学软件提取的结果送至对应的模块进行二次处理，生成图表。优选地，所述设置模块包括构件外形尺寸单元、构件质量属性单元、稳定性计算参数单元和设置动力学软件路径；所述构件外形尺寸单元包括动臂的各铰点的相对位置尺寸以及夹角，斗杆的各铰点的相对位置尺寸以及夹角，铲斗的各铰点的相对位置尺寸以及夹角，动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸的相关参数：缸径、杆径、工作压力、闭锁压力、安装距和行程；构件质量属性单元包括动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的质量，以及质心位置；稳定性计算参数单元包括挖掘机整机各个部件的质量，以及各部件质心到倾翻线的距离，挖掘机整机各个部件包括：配重、发动机总成、主泵，主阀，液压油箱，履带总成，散热器，回转接头；设置动力学软件路径用于设置需要调用的多体动力学软件的安装路径。优选地，所述挖掘力计算曲线模块包括输入界面和计算结果显示界面，输入界面能输入动臂油缸长度、斗杆油缸长度和铲斗油缸长度；计算结果显示界面能查看工作装置在各个姿态下各个铰点的受力情况，以及各个姿态下限制挖掘力的条件。优选地，所述机构性能曲线模块包括模块界面和输出界面，模块界面有进行计算、查看上次结果和本地数据查看按钮；输出界面输出动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的相对受力变化，通过曲线趋势的缓急，判断出各油缸最大受力是在油缸伸出长度是多少的时候。优选地，所述挖掘范围模块能自动绘制出挖掘范围图，并给出各个关键参数，包括最大挖掘高度，最大挖掘深度，最大工作半径，最大卸载高度，最大垂直壁挖深。优选地，所述稳定性计算模块进行各个姿态的稳定性计算，给出稳定系数，稳定系数与设定值比较，若稳定系数大于设定值，则整车稳定性满足稳定性要求，小于设置值，则整车稳定性不满足稳定性要求。优选地，油缸理论挖掘力模块用于从理论上研究运动机构的传动比，计算运动机构的传动效率，修改铰点，输出最大油缸理论挖掘力，以及运动机构的传动比值。优选地，所述云图模块综合反映在给定的工况下，斗齿尖在一系列位置点上所产生最大挖掘力、影响挖掘力发挥因素。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术实现了工作装置多体动力学模型的参数化，计算分析流程的自动化，基本性能计算的模块化，大大提升计算效率，节约了人员和时间成本。由于本专利技术将工作装置性能计算模块化，共用一个输入文件，改进其中一个模块时只需在输入文件更改，其余模块不需要重新输入，其它模块自动更新结果，模块化提高仿真效率，使用简单、快捷。本专利技术将挖掘机工作装置性能计算模块化，实现数据输入输出统一管理，方便多个方案进行对比。本专利技术实现工作装置动力学模型参数化以及计算流程自动化，省时省力的完成模型的评价验证和模型改进，可实现批量多工况计算，节约成本和时间，减少设计失败，同时方便拓展基本性能研究。与以往分析方法相比：本方法分析手法更加规范；数据统一管理，方便后期处理；减少重复性工作，减少错误，提高效率；便于推广，无需专业多体动力学知识。附图说明图1为基于VBA的仿真系统的原理图。图2为本专利技术计算流程图。图3为设置模块的界面图。图4为挖掘力计算曲线模块的输入界面图。图5为挖掘力计算曲线模块的计算结果显示界面图。图6为机构性能曲线模块的模块界面图。图7为机构性能曲线模块的输出界面图。图8为挖掘范围模块的主界面图。图9为稳定性计算模块的主界面图。图10为油缸理论挖掘力模块的输出界面图。图11为云图模块的输出界面图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步说明：结合图1至图11，一种基于VBA系统的挖掘机工作装置性能仿真计算方法，包括基于VBA的仿真系统，基于VBA的仿真系统连接有多体动力学软件。基于VBA的仿真系统包括设置模块，设置模块连接有挖掘力计算曲线模块、机构性能曲线模块、挖掘范围模块、整车稳定性模块、油缸理论挖掘力模块和云图模块。计算方法包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于VBA系统的挖掘机工作装置性能仿真计算方法，其特征在于，包括基于VBA的仿真系统，基于VBA的仿真系统连接有多体动力学软件，基于VBA的仿真系统包括设置模块，设置模块连接有挖掘力计算曲线模块、机构性能曲线模块、挖掘范围模块、整车稳定性模块、油缸理论挖掘力模块和云图模块；/n计算方法包括以下步骤：/n步骤1：打开基于VBA的仿真系统界面，通过设置模块导入模型文件，构建工作装置模型；/n模型文件包含挖掘机工作装置铰点坐标参数、质量参数和稳定性计算参数文件；/n步骤2：根据需要从挖掘力计算曲线模块、机构性能曲线模块、挖掘范围模块、整车稳定性模块、油缸理论挖掘力模块和云图模块中选择一个或多个模块；/n步骤3：步骤2中选择的模块将设置模块中的模型文件传递给多体动力学软件，多体动力学软件自动计算，并自动提取结果，结果包括：/n(1)各个铰点力，各个方向分力以及合力；/n(2)动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的长度、压力以及受力状态；/n(3)各个铰点坐标；/n(4)各个姿态最大挖掘力；/n步骤4：多体动力学软件提取的结果送至对应的模块进行二次处理，生成图表。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于VBA系统的挖掘机工作装置性能仿真计算方法，其特征在于，包括基于VBA的仿真系统，基于VBA的仿真系统连接有多体动力学软件，基于VBA的仿真系统包括设置模块，设置模块连接有挖掘力计算曲线模块、机构性能曲线模块、挖掘范围模块、整车稳定性模块、油缸理论挖掘力模块和云图模块；
计算方法包括以下步骤：
步骤1：打开基于VBA的仿真系统界面，通过设置模块导入模型文件，构建工作装置模型；
模型文件包含挖掘机工作装置铰点坐标参数、质量参数和稳定性计算参数文件；
步骤2：根据需要从挖掘力计算曲线模块、机构性能曲线模块、挖掘范围模块、整车稳定性模块、油缸理论挖掘力模块和云图模块中选择一个或多个模块；
步骤3：步骤2中选择的模块将设置模块中的模型文件传递给多体动力学软件，多体动力学软件自动计算，并自动提取结果，结果包括：
(1)各个铰点力，各个方向分力以及合力；
(2)动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的长度、压力以及受力状态；
(3)各个铰点坐标；
(4)各个姿态最大挖掘力；
步骤4：多体动力学软件提取的结果送至对应的模块进行二次处理，生成图表。


2.根据权利要求1所述的一种基于VBA系统的挖掘机工作装置性能仿真计算方法，其特征在于，所述设置模块包括构件外形尺寸单元、构件质量属性单元、稳定性计算参数单元和设置动力学软件路径；
所述构件外形尺寸单元包括动臂的各铰点的相对位置尺寸以及夹角，斗杆的各铰点的相对位置尺寸以及夹角，铲斗的各铰点的相对位置尺寸以及夹角，动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸的相关参数：缸径、杆径、工作压力、闭锁压力、安装距和行程；
构件质量属性单元包括动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的质量，以及质心位置；
稳定性计算参数单元包括挖掘机整机各个部件的质量，以及各部件质心到倾翻线的距离，挖掘机整机各个部件包括：配重、发动机总成、主泵，主阀，液压油箱，履带总成，散热器，回转接头；
设置动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王松，王孟，蒙小行，
申请(专利权)人：雷沃工程机械集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37