伸缩臂式叉装车结构设计与工作性能研究

摘要

本文主要针对伸缩臂式叉装车自动化、智能化的需求，对伸缩臂式叉装车进行结构设计并分析其工作性能。通过分析伸缩臂式叉装车和机器人化工程机械的国内外发展、研究现状以及伸缩臂式叉装车机器人化所需要的关键技术，将机器人技术引入伸缩臂式叉装车，设计伸缩臂式叉装车的车身及工作装置结构，运用机器人学的有关内容分析伸缩臂式叉装车的工作装置的运动学性能，并对工作装置进行工作空间空间的求解及运动学分析与仿真。运用牛顿-欧拉法构建工作装置的动力学模型，采用RecurDyn仿真分析变幅机构以及作业属具的动力学性能。最后，基于稳定比和稳定度分析整车的车辆稳定性。主要研究内容如下所示: (1)伸缩臂式叉装车的总体设计。首先，采用类比设计的方法，参考国内外同类型伸缩臂式叉装车机型，设计出伸缩臂式叉装车的车身性能参数;其次，设计整车的底盘布局以及传动方式;最后，分析工作装置的重要性并设计伸缩臂装置的整体机构;分析伸缩臂的几何特性，构建出工作装置的平面连杆机构图;利用Pro/E软件和构建了工作装置的三维CAD模型。 (2)工作装置的运动学分析。以伸缩臂式叉装车工作装置为研究对象，运用D-H法构建工作装置的多连杆坐标系并确定连杆参数，在此基础上求解工作装置的运动学方程，分别求解正解变换矩阵和逆解变换矩阵，并由此求解出速度雅克比矩阵;最后，运用蒙特卡洛法，利用求解出的运动学正解，求解工作空间;采用关节空间轨迹规划法对工作装置进行轨迹规划分析。 (3)工作装置的虚拟样机仿真。将Pro/E构建的工作装置三维CAD模型导入动力学仿真软件RecurDyn构建出工作装置的虚拟样机仿真模型，对工作装置进行运动学仿真并分析仿真的结果。 (4)工作装置的动力学分析。以工作装置的变幅机构和调平机构为研究对象，基于牛顿-欧拉法，通过求解各个构件的运动微分方程，组建作业属具和变幅机构的牛顿-欧拉方程组，然后结合组建成工作装置的动力学模型，分析了变幅机构和调平机构受力、扭矩与运动学参量的关系。采用RecurDyn软件构建工作装置的动力学仿真模型，仿真分析变幅机构和调平机构的动力学性能。 (5)伸缩臂式叉装车车身稳定性分析。首先，根据伸缩臂式叉装车的设计尺寸和理论力学的相关知识确定重心于后桥的水平距离和重心的垂直高度;然后，通过计算稳定比和稳定度来构建伸缩臂式叉装车的整机稳定性评价指标;最后，通过计算纵向极限倾覆角、纵向滑移角来分析伸缩臂式叉装车坡道运行时的纵向稳定性，通过计算叉装车坡道运行时的横向滑移角来分析伸缩臂式叉装车坡道运行时的横向稳定性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景与研究意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题背景

1．1．3 研究意义

1．2 伸缩臂式叉装车发展现状及应用情况

1．2．1 伸缩臂式叉装车应用现状

1．2．2 伸缩臂式叉装车国内研究状况

1．2．3 伸缩臂式叉装车国内发展受限条件

1．3 工作装置与工程机械机器人化研究相关技术的现状

1．4 伸缩臂式叉装车机器人化所需关键技术概述

1．4．1 货物自动叉装控制

1．4．2 自诊断技术

1．4．3 GPS导航定位技术

1．4．4 轨迹规划技术

1．4．5 远程通信监控技术

1．5 本文主要内容

1．6 本章小结

第2章 伸缩臂式叉装车结构设计

2．1 伸缩臂式叉装车性能参数设计

2．2 底盘结构及传动方式选型

2．2．1 底盘结构选型

2．2．2 传动方式选型

2．3 工作装置构型设计

2．3．1 伸缩臂结构设计

2．3．2 工作装置几何特性分析

2．3．3 构建工作装置平面连杆机构图

2．4 构建工作装置虚拟样机模型

2．4．1 Pro／E简介

2．4．2 构建工作装置虚拟样机模型

2．5 本章小结

第3章 工作装置运动学性能分析

3．1 概述

3．2 构建工作装置多连杆坐标系

3．2．1 建立多连杆坐标系

3．2．2 确定连杆参数

3．3 工作装置运动学方程分析

3．3．1 正运动学分析

3．3．2 逆运动学分析

3．3．3 工作装置雅可比矩阵分析

3．4 工作空间求解

3．4．1 工作空间求解方法概述

3．4．2 MATLAB简介

3．4．3 蒙特卡洛法求解工作空间

3．5 轨迹规划分析

3．5．1 关节空间轨迹规划

3．6 本章小结

第4章 工作装置虚拟样机试验

4．1 概述

4．2．RecurDyn简介

4．3 构建运动学仿真模型

4．4 运动学性能仿真

4．4．1 定义驱动与函数介绍

4．4．2 运动学分析

4．5 本章小结

第5章 工作装置动力学性能分析

5．1 概述

5．2 牛顿-欧拉法简介

5．3 调平机构动力学分析

5．4 变幅机构动力学分析

5．4．1 变幅油缸动力学分析

5．4．2 随动油缸动力学分析

5．5 动力学仿真分析

5．6 本章小结

第6章 车身稳定性分析

6．1 概述

6．2 重心位置分析

6．3 构建稳定性评价指标

6．3．1 稳定比分析

6．3．2 稳定度分析

6．4 纵向稳定性分析

6．4．1 纵向极限倾覆角分析

6．4．2 纵向滑移角分析

6．5 横向稳定性分析

6．5．1 横向滑移角分析

6．5．2 极限倾覆角分析

6．6 本章小结

总结与展望

总结

展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士期间发表的论文和科研成果