长臂挖掘机建模和分析用MapleSim

　1.问题描述

　　一家机械零部件设计公司需要一个挖掘机模型，验证他们的零部件是否匹配完整的挖掘机系统。由于他们是一个零部件供应商，公司没有足够的资源和研发人员使用传统的工具创建一个完整系统的详细模型。然而，他们需要让客户相信他们的零部件能够很好地满足设计要求。

　　公司面临的挑战是：如何便捷地创建整个挖掘机系统的详细模型，能够准确地预测供应零部件对整体系统行为的影响。零部件是否影响挖掘机运营的安全性和稳定性?是否影响挖掘机的载荷能力?

　　过去，公司使用内部开发的软件完成设计和安全性分析的任务。但是，这个软件是多年前开发，仅能提供有限的功能，已经不能满足日益复杂的系统的要求。此外，维持该软件也越来越困难。为了应对一些诸如硬件升级和软件兼容性等问题的需要，公司需要找到一个解决方案。

　　2.解决方案

　　MapleSim是新一代、高性能物理建模工具，特别适用于对多领域系统的建模，例如挖掘机，包含机械、液压、电子元件协同工作达到正确运营的目的。使用MapleSim多体机械库中的刚体和旋转铰链，可以直观地创建挖掘机模型的机械部件。建模时仅需要从模型库中拖入适当的元件到建模区，并相互连接它们。准确来说，这些建模任务仅需要尽可能短的时间。生成的机械模型是完全参数化的，因此这个模型可以很容易扩展到其他不同型号的挖掘机模型，共享基本的连接配置，例如有两端或三段机械臂部分。

　　3.实施步骤

　　这个模型是挖掘机的基础模型框架，最初是为一个挖掘机生产商开发的。它提供了挖掘机的运动学仿真，用于设计和分析工作。该模型在后期已经被修改，满足不同的应用。MapleSim中的物理建模方法能够帮助您非常容易地基于现有的模型快速开发新的模型。在这里，从初始的动力学仿真切换到运动学仿真，仅需要用把电机模型替换为真实的电机驱动器。

　　

　　4.结果分析

　　使用MapleSim中构建的挖掘机模型，可以完成下面的任务：

　　.轻松定义和可视化挖掘机翻斗的运动范围。

　　.创建挖掘机系统的动力学行为三维动画。

　　.观察运动负载时系统的动力学响应。

　　.成稳定性分析，例如翻倒的条件。

　　.分析挖掘机结构中不同节点位置的载荷能力。

　　.使用Maple中的优化程序执行参数设计优化任务。

　　铲斗的平面轨道迹线可以通过可视化元件显示。

　　

　　为了方便交流，我们可以在用模型的CAD制图代替模型元件，显示系统在三维空间上的运动和轨迹线。

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