Pro/E和ADAMS环境下回柱绞车虚拟样机建模及动力学分析

　　介绍了回柱绞车的传动原理，在Pro/E环境下建立了整个绞车的模型，运用通用格式Parasolid文件将其导入ADAMS软件中，建立约束和载荷后，形成虚拟样机模型。仿真得到各传动部件的转速和各级齿轮啮合力的时域和频域图，通过与理论值对比，验证了样机的准确性和实用性，并分析了造成误差的原因，可为之后深入分析和研究提供可靠的依据。

　　引言

　　矿用回柱绞车，又称慢速绞车，是用来拆除和回收矿山采煤工作面顶柱的机械设备。由于它的高度较低，重量又轻，特别适用于薄煤层、急倾斜煤层采煤工作面，以及各种采煤工作面回收沉入底板或被矸石压埋的金属支柱之用。牵引力大和牵引速度慢是回柱绞车的主要性能要求。随着机械化采煤程度的提高，矿用回柱绞车越来越多地被广泛用于机械化采煤工作面，作为安装、回收各种设备之用。回柱绞车除用于回柱放顶工作外，也可用来拖运和调运车辆。为了分析其动态特性，笔者采用Pro/E软件先对整个绞车进行实体建模，然后再利用ADAMS软件对其传动性能进行分析。

1、传动原理

　　回柱绞车的传动原理图如图1所示，动力传动系统的传递路线为:防爆电动机→弹性联轴器→小斜齿轮→大斜齿轮→环面蜗杆→蜗轮→小圆柱直齿轮→过桥齿轮→大圆柱直齿轮→卷筒。

图1 回柱绞车传动原理图

1.大圆柱直齿轮 2.过桥齿轮 3.小圆柱直齿轮 4.蜗轮 5.大斜齿轮 6.防爆电动机 7.弹性联轴器 8.小斜齿轮 9.环面蜗杆 10.卷筒

2、虚拟样机模型

　　2.1、Pro/E模型建立

　　利用Pro/E参数化建模功能，首先对该绞车各个零件进行建模。例如，直齿轮和斜齿轮的建模按照一般方法加参数化就可以实现，环面蜗杆通过运用解析几何学的理论，建立其齿面轨迹方程，然后进行扫描，从而形成环面蜗杆模型。各个部件完成后，再进行虚拟装配，建立回柱绞车Pro/E模型，如图2所示。

图2 回柱绞车Pro/E模型

　　2.2、ADAMS仿真模型建立

　　由于目前所使用的Pro/E和ADAMS软件都是比较高的版本，不能用以往的无缝结合软件Mechanism/Pro来进行仿真，所以笔者采用生成通用格式的实体模型Parasolid(后缀名为.x_t)文件来建立ADAMS模型。导入模型后的第一个工作就是赋予模型材料，这样ADAMS就可根据模型材料计算出实体模型的质量、质心坐标，以及各个方向的转动惯量等参数。然后调整每个部件的位置，使空间结构满足实际情况，特别是啮合区应尽量调整到位。因为在仿真时采用的是接触模型，所以模型的空间位置会对初始的仿真结果有一定影响。

　　为了提高仿真效果，减小计算量，在导入过程中去除了一些对传动仿真没有影响或影响较小的部件，例如箱体、轴承和螺栓等。建立完成的回柱绞车ADAMS模型如图3所示。

图3 回柱绞车ADAMS模型

5、结语

　　基于Pro/E建模软件，建立了回柱绞车的三维模型，并导入动力学仿真软件ADAMS中，通过施加各种约束和载荷，形成了虚拟样机模型。通过动力学仿真，得到各传动件的转速，将其与理论值进行对比，误差满足要求，验证了传动的准确性。再由接触模型得到各齿轮啮合各向力的时域和频域图，与理论值基相符，说明虚拟样机模型合理，仿真具有实用价值，可以为回柱绞车传动系统的强度校核、优化设计和振动分析等提供有效的依据。