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大型矿用挖掘机动臂刚柔耦合动态仿真分析
摘要：
本文针对大型矿用挖掘机动臂的刚柔耦合动态特性，基于ADAMS软件对其进行动态仿真分析。通过建立系统的仿真模型和运用系统的力学原理，对大型矿用挖掘机动臂在各种工作负载下的运动学和动力学特性进行了系统研究。通过仿真结果的分析，可以对大型矿用挖掘机动臂的性能提供参考和指导，为其设计、制造和使用提供参考依据。
关键词：大型矿用挖掘机；动臂；刚柔耦合；动态仿真；ADAMS软件；运动特性；动力学特性。
一、引言
大型矿用挖掘机动臂是现代化矿山采矿工艺中的关键组成部分，其工作效率和稳定性直接关系到整个采矿过程的质量和效益。在其设计与制造过程中，需要充分考虑其结构与动力学性能，以提高其运输、生产和维护的效率。
在实际使用过程中，大型矿用挖掘机动臂在面对高强度工作负载和高速移动时，容易出现动力学和运动学特性的不稳定。为了了解大型矿用挖掘机动臂的力学特性，需要进行动态仿真分析以模拟其工作负荷和各种工况下的响应性能。
二、刚柔耦合动态仿真原理
动力学学科主要研究物体的运动与力的关系。在大型矿用挖掘机动臂的模拟过程中，需要考虑其刚体与柔性部分的复杂相互作用。因此，刚柔耦合动态仿真是一种常用的建模和仿真分析方法。
具体过程是：先将系统划分为刚性和柔性部分，在刚性体系中，需要建立关节的动力学模型，确定关节力矢量；而在柔性体系中，需要进行有限元分析，并将弹性形变作为外界作用力的反馈，从而求解物体的运动学和动力学参数。
三、仿真模型的建立
根据大型矿用挖掘机的构造和运动学特点，建立其三维模型，并通过ADAMS软件进行建模。系统的基本模型如下：
模型中，挖掘机底盘、支腿、动臂、铲斗、液压缸等部件均纳入模型内，通过对其参数进行合理设定，模拟挖掘机在各种工作负荷下的响应特性。
四、仿真结果分析
通过分别对挖掘机在不同工作负载下进行仿真，得到了其运动学和动力学特性的仿真结果。分别进行了如下仿真分析：
（1）动臂在水平方向上的运动
模拟了动臂在水平方向上向左向右移动的过程。通过分析可以得到：在运动的过程中，液压油缸的运动速度和铲斗的倾角变化情况等都会对运动有影响。
（2）动臂在垂直方向上的运动
模拟了动臂在垂直方向上上升和下降的过程。分析结果表明，液压缸在运动的过程中会伴随着一定的阻尼力作用，同时动臂加速度在上升和下降的过程中有明显变化。
（3）铲斗与矿石的接触过程
模拟了挖掘机铲取矿石的过程，并对接触过程进行了力学分析。通过分析可以发现，在接触面积较小的情况下，工作负载和接触力较大，需通过液压系统来调整，保证接触面积和力的平衡。
五、结论
通过本文的刚柔耦合动态仿真分析，可以了解大型矿用挖掘机动臂在不同工作负载下的运动学和动力学特性，并可为其设计和制造提供参考和指导。同时，本文还可为矿山生产现场的操作提供技术支持，提高工作效率和安全性。