应急救援排障车作业系统关键技术研究与应用

摘要

随着应急救援工程装备需求的不断增长，具有应急救援排障功能的工程机械得到了迅速发展。挖掘作业装置作为挖掘、提升和装载作业等多功能工程机械的核心部件，其性能的好坏决定着应急救援排障工程车整机工作性能的优劣。而目前采用传统设计方法研制的产品存在振动过大、排障作业装置重量大、焊缝易出现裂纹等不足，为满足应急救援工程装备市场需求，将现代设计分析方法应用到挖掘作业装置动态特性研究上是非常必要的。本文以某型应急救援排障工程车的挖掘作业装置为研究对象，对其展开动态特性仿真及关键部件拓扑优化研究。
　　本研究主要内容包括：⑴采用D-H齐次坐标矩阵变换法和Kane-Huston方法对挖掘作业装置进行数学理论建模，分别得到关键点的位移、速度等运动学参数和挖掘作业装置的多体系统动力学方程。⑵运用UG和ADAMS软件建立应急救援排障工程车挖掘作业装置的三维模型和虚拟样机模型，并进行运动学和动力学仿真；得到挖掘作业装置的包络图、作业尺寸参数，以及挖掘作业装置的主要铰接点受力变化规律曲线。⑶运用ANSYS对挖掘作业装置的动臂和斗杆分别进行约束模态分析，获得动臂和斗杆前六阶固有频率及其振型图；在ANSYS中将刚度较小、受外载荷易产生较大的弹性变形的动臂和斗杆柔性化处理，使用柔性体替换刚性体并对挖掘作业装置进行刚柔耦合动力学仿真分析，得到动臂和斗杆的最大应力节点的动态应力应变曲线，为两者的强度校核提供依据。⑷根据动臂危险工况和刚柔耦合动力学仿真分析结果，对动臂做静力学有限元分析；利用 hyperworks拓扑优化模块建立目标函数为动臂柔度最小、约束函数为优化后体积的拓扑优化模型，实现动臂轻量化目标。

目录

第1章 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的组织架构及研究内容

第2章 挖掘作业装置数学建模及三维建模

2.1 基于D-H法的挖掘作业装置运动学数学建模

2.2 基于Kane-Huston法的挖掘作业装置动力学建模

2.3 挖掘作业装置的三维模型的建立

2.4 本章小结

第3章 挖掘作业装置刚体模型运动学及动力学仿真

3.1 挖掘作业装置虚拟样机建模

3.2 挖掘作业装置刚体模型运动学仿真

3.3 挖掘作业装置虚拟样机刚体模型动力学仿真

3.4 本章小结

第4章 挖掘作业装置刚柔耦合模型动力学仿真及优化

4.1 刚柔耦合动力学理论基础

4.2 挖掘作业装置刚柔耦合模型的建立

4.3 刚柔耦合模型动力学仿真

4.4 动臂的有限元分析

4.5 动臂的拓扑优化

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

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