摘要：在虛擬環(huán)境下模擬物理樣機的運動狀況，快速分析各種設(shè)計方案，進行輔助設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計，幫助設(shè)計人員完成以前需經(jīng)數(shù)次物理樣機才能完成的實驗研究。
　　關(guān)鍵詞：破碎錘的組成；工作裝置傳統(tǒng)設(shè)計方法；CAX及軟件；多體動力學(xué)理論
　　
　　一、液壓破碎錘概述
　　.液壓破碎錘及其組成
　　車載液壓破碎錘可以高效地完成碎石、拆除、公路修補、凍土挖掘、二次破碎等艱苦工作，歐洲和美國的各種車載破碎錘紛紛面世，如AtlasCopco、Rammer、Montabert、Indeco等。.80年代，韓國的破碎錘也繼日本之后有了長足的進步，1986年韓國水山重工推出了液壓破碎錘，韓國相繼出現(xiàn)了很多品牌。
　　破碎錘的沖擊能量的來源還是由以下3種方式提供：第一種由液壓油提供，例如Rammer和Montabert；第二種由氣壓提供，例如日本的破碎錘；第三種也是效果最好的，由液壓、氣壓混合提供，一般液壓占２５％、氣壓占７５％，如AtlasCopco公司設(shè)計、生產(chǎn)的破碎錘。但所有的破碎錘活塞回到原位的力完全是由液壓提供。目前液壓破碎錘已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于公路再建、市政拆除、礦山、采石、隧道、水下作業(yè)等工程建設(shè)領(lǐng)域。
　　..本文所研究的液壓破碎錘是在單斗反鏟型液壓挖掘機上改裝的，將液壓挖掘機上的鏟斗改裝成液壓錘。因此總體結(jié)構(gòu)包括動力裝置、工作裝置、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、操縱機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、行走機構(gòu)和輔助設(shè)備等。常用的全回轉(zhuǎn)式液壓挖掘機的動力裝置、傳動系統(tǒng)的主要部分、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、輔助設(shè)備和駕駛室等都安裝在可回轉(zhuǎn)的平臺上，通常稱為上部轉(zhuǎn)臺。因此又可將液壓破碎錘概括成工作裝置、上部轉(zhuǎn)臺和行走機構(gòu)等三部分。.
　　二、工作裝置設(shè)計方法
　　1．工作裝置傳統(tǒng)設(shè)計方法
　　我國工程機械發(fā)展與國外相比相對較晚、較慢，技術(shù)水平整體較低。工作裝置的傳統(tǒng)設(shè)計方法在設(shè)計歷史中起到了主要作用。對于工作裝置的設(shè)計方面國內(nèi)外研究的情況大致是：
　　(1)圖解設(shè)計法；(2)基于平移性的作圖法；(3)解析法；(4)綜合圖解設(shè)計法；(5)優(yōu)化設(shè)計方法，以上設(shè)計方法基本上遵循一般連桿機構(gòu)的位置綜合原則，側(cè)重考慮工作裝置的平移性。對它的工作裝置伸縮性與平移性，平移性與自動放平性，動力性與自動放平性之間的矛盾關(guān)系未能綜合分析，只是滿足單個性能的要求，無法達到全局最優(yōu)。總之，這些方法都是基于二維平面上進行的。對于工作裝置干涉問題、運動學(xué)、動力學(xué)等問題不可能很好的解決，也不可能直觀的表現(xiàn)出來。
　　近年來隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在工作裝置設(shè)計上出現(xiàn)了基于虛擬樣機技術(shù)的工作裝置設(shè)計。例如吉林工業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)和洛陽拖拉機廠等利用虛擬樣機技術(shù)不但研究了工作裝置的運動學(xué)、動力學(xué)特性，而且對其進行了優(yōu)化設(shè)計，但是它們不是對模型進行了大量的簡化，就是只局限于對剛體情況下工作裝置虛擬樣機的研究。
　　本論文是在全面分析液壓破碎錘工作裝置的基礎(chǔ)上，建立工作裝置的虛擬樣機模型，在虛擬環(huán)境下模擬物理樣機的運動狀況，快速分析各種設(shè)計方案，進行輔助設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計，幫助設(shè)計人員完成以前需經(jīng)數(shù)次物理樣機才能完成的實驗研究。
　　2．CAX技術(shù)及其軟件
　　由文獻可知，CAX技術(shù)是虛擬樣機技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)平臺。一般意義的CAX技術(shù)主要指CAD、CAPP、CAM、CAE、CAQ等，限于篇幅，本文主要闡述CAD/CAE技術(shù)及其軟件。
　　目前，工程設(shè)計中常用的CAD軟件有二維和三維軟件之分。其中三維造型軟件比較知名的有Pro/ENGINEER，UG，Solidworks，I-DEAS，CATIA，CIMATRON等。各個三維CAD軟件當前的最新版本是Pro/ENGINEERwildfire2.0，UGNX4.0，Solidworks2006，I-DEASNXV11，CATIAV5，CIMATRONE6.0等等。
　　本文將采用Pro/ENGINEERwildfire軟件完成液壓破碎錘工作裝置的建模與裝配，建立工作裝置的虛擬樣機并進行不同作業(yè)工況下的動態(tài)模擬。
　　所謂CAE即ComputerAidedEngineering（計算機輔助工程）是指工程設(shè)計中的分析計算與分析仿真，具體包括工程數(shù)值分析、結(jié)構(gòu)與過程優(yōu)化設(shè)計、強度與壽命評估、運動及動力學(xué)仿真。工程數(shù)值分析用來分析確定產(chǎn)品的性能；結(jié)構(gòu)與過程優(yōu)化設(shè)計用來保證產(chǎn)品功能、工藝過程的基礎(chǔ)上，使產(chǎn)品、工藝過程的性能最優(yōu)；結(jié)構(gòu)強度與壽命評估用來評估產(chǎn)品的精度設(shè)計是否可行，可靠性如何以及使用壽命為多少；運動及動力學(xué)仿真用來對CAD建模完成的虛擬樣機進行運動學(xué)仿真和動力學(xué)仿真。從過程化、實用化技術(shù)發(fā)展的角度看，CAE的核心技術(shù)為有限元技術(shù)與虛擬樣機的運動及動力學(xué)仿真技術(shù)。
　　目前工程實際中應(yīng)用較多的CAE軟件有ANSYS、MATLAB、ADAMS、ALGOR等。各個軟件的最新版本是ANSYS8.0、MATLAB8.5、ADAMS2005、ALGORV17等。
　　本文采用MSC.ADAMS軟件進行液壓破碎錘工作裝置虛擬樣機的仿真研究。 
　　3．多體動力學(xué)理論
　　多體系統(tǒng)動力學(xué)包括多剛體動力學(xué)和多柔體系統(tǒng)動力學(xué)，是研究多體系統(tǒng)（一般由若干柔性和剛性物體相互連接所組成）運動規(guī)律的科學(xué)[17]。
　　多體系統(tǒng)動力學(xué)的核心問題是建模和求解問題，其系統(tǒng)研究開始于20世紀60年代。從60年代到80年代，側(cè)重于多剛體系統(tǒng)的研究，主要是研究多剛體系統(tǒng)的自動建模和數(shù)值求解；到了80年代中期，多剛體系統(tǒng)動力學(xué)的研究已經(jīng)取得一系列成果，尤其是建模理論趨于成熟，但更穩(wěn)定、更有效的數(shù)值求解方法仍然是研究的熱點；80年代之后，多體系統(tǒng)動力學(xué)的研究更偏重于多柔體系統(tǒng)動力學(xué)，這個領(lǐng)域也正式被稱為計算多體系統(tǒng)動力學(xué)，它至今仍然是力學(xué)研究中最有活力的分支之一，但已經(jīng)遠遠地超過一般力學(xué)的涵義。多體系統(tǒng)動力學(xué)的根本目的是應(yīng)用計算機技術(shù)進行復(fù)雜機械系統(tǒng)的動力學(xué)分析與仿真。
　　三、液壓破碎錘工作裝置的研究體系
　　1．液壓破碎錘工作裝置虛擬樣機的構(gòu)建流程
　　本文液壓破碎錘工作裝置虛擬樣機的建立主導(dǎo)思想是：根據(jù)液壓破碎錘工作裝置的試制圖紙，在Pro/ENGINEER中進行三維實體建模，通過虛擬裝配，建立工作裝置的三維模型，然后添加適當?shù)募s束以及驅(qū)動，使之成為一個虛擬機構(gòu)。其構(gòu)建流程如圖2-1所示。

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