浅水清淤装置虚拟样机设计

摘 要：结合挖掘乌梁素海底泥对延缓湖泊沼泽化的重要意义，采用Pro/E和Abaqus软件对浅水清淤装置进行虚拟样机模型的建立。通过Pro/E进行参数化建模，装配其组件后模仿真实运动情况。对清淤装置主要部件进行力学分析，并利用Abaqus软件进行有限元分析，为其样机制造提供理论支持。

关键词：清淤装置 虚拟样机 优化 有限元分析

中图分类号：TH112.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（a）-0101-01

乌梁素海是黄河流域的最大湖泊，在中国湿地、荒漠及动物物种三大生态系统保护中具有十分重要的地位。采用机械化技术（国家自然科学基金30160022；国家科技成果重点推广计划项目2002EC000128）收获大型水生植物，可以对乌梁素海富营养化进行适度控制[1]。

虚拟样机技术通过反复修改系统动力学模型，虚拟试验不同的设计方案，并且不必浪费制造及调试物理样机所需的时间，还可节省建立实验台、安装设备等有关的费用，更快地确定影响系统的参数以获得最优设计方案[2]。该课题在研究中，创建虚拟设计平台采用Pro/E和Abaqus两大软件，对浅水清淤装置进行静力学分析。

1 挖掘装置受力分析

挖掘装置是一个对称机构，通常取单个进行讨论。液压清淤装置单斗主要受力如下：其中：F1 ―底板两边粘聚力和摩擦力；F2―两边切入阻力；F3―水平刃口阻力；F4―粘聚力和摩擦力；F5―主液压缸压力；F6―侧液压缸压力。

2 清淤装置虚拟样机建立

2.1 设计流程

清淤装置在Pro/E环境下进行虚拟设计虚拟设计流程如图1。

2.2 建立清淤装置模型

根据9GSCC-1.4型水草收割船的结构尺寸，在Pro/E中建立清淤装置的三维模型。包括挖斗、主、侧液压缸、接头、斗座、螺栓、销等。

3 清淤装置有限元分析

Abaqus被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。本课题利用Abaqus对抓斗进行静力学分析主要从两方面进行：

（1）抓斗转动时的动力学分析。

（2）抓斗静止不动，对抓斗形状、斗齿进行静力学分析。

从图2可知，应力相对较大的红色区域特别少，没有明显的应力集中点。最大值出现在斗齿根部，应力值σmax= 15.6MPa

4 结语

（1）通过Pro/E对浅水清淤装置建模、虚拟装配，建立了虚拟样机分析平台，为清淤装置的虚拟开发技术奠定了基础。

（2）利用Abaqus模块计算仿真获得了单斗工作中的应力分布图，为清淤装置的设计制造提供了依据，提高了产品的设计质量，降低了设计成本，缩短了产品的开发周期。

参考文献

[1] 厚福祥，尚士友.内蒙古梁素海生物促淤作用与底泥资源的发利用[J].东北林业学报，2002（3）：32-34.

[2] 杨岗，李芾.基于VR技术的CHRI转向架虚拟装配研究[J].机械设计与制造，2013（2）：74.

[3] 同济大学.单斗液压挖掘机[M].中国建筑工业出版社，1986：1-126.