快速起竖机构系统优化与仿真验证技术研究

摘要

随着现代侦察技术的发展和打击精度的提高,武器系统射前被发现、识别及摧毁的概率大大增加,其生存能力面临很大的威胁,而缩短发射准备时间,提高武器系统的快速反应能力,对于保存自己、捕捉战机、有效地打击敌人有着极其重要的作用。而快速起竖是提高武器发射系统快速反应能力的重要手段,能够在很大程度上减少武器系统的射前暴露时间。
　　陆基发射的武器系统,根据发射姿态的不同,一般有倾斜发射和垂直发射等发射方式,对于垂直发射来说,由于起竖的角度大,作为起竖执行机构的起竖液压缸,采用单级很难实现行程要求,往往需要采用二级以上起竖液压缸。在多级缸换级伸出过程中,无杆腔、有杆腔面积差的变化及碰撞容易对武器产生过大的冲击,随着起竖速度的提高,起竖过程中的振动特性、换级平稳性问题愈来愈突出。
　　本文基于现代优化设计、液压系统及动力学仿真设计等方法,研究以多级起竖液压缸作为起竖执行机构的起竖机构系统优化设计方法。首先,结合一个应用示例,通过概念设计的系统优化方法,优化确定了起竖机构系统方案;其次,通过解析法对起竖机构进行静力学分析,建立以起竖负载质心位置、起竖油缸上支点等初始位置坐标为变量的数学模型,采用 Matlab进行编程迭代求解,以起竖机构布局紧凑不干涉、起竖载荷小,起竖油缸各级行程合理等为优化目标进行起竖机构结构优化,以快速起竖、油压特性合理分配为优化目标进行起竖液压系统优化;再其次,基于优化之后的模型,通过商用软件 AMESim建立液压系统模型,进一步动态分析油压特性;再次,简化模型,通过 UG建立起竖机构系统的三维实体模型,将三维实体模型导入多体动力学分析软件 ADAMS中进行起竖机构系统精确建模与动力学仿真;最后,将 AMESim液压模型与 ADAMS动力学模型进行联合系统仿真,获得起竖负载在起竖过程中的冲击载荷大小和动态响应特征,与试验数据进行比对,验证了系统优化与仿真验证的有效性,解决大载荷大角度快速起竖中振动、稳定性等问题。
　　通过此方法,可以完成对起竖机构系统的设计优化,并使得在设计之初即可对效果进行预示。此方法可以作为武器系统快速起竖机构设计的参考方法及思路,也可推广应用于民用大型液压起竖设备设计研究。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及目的和意义

1.2 国内外研究情况

1.2.1 现代机械优化设计的发展及前沿

1.2.2 系统建模与仿真的发展现状及趋势

1.2.3 机械多体系统动力学分析与仿真的发展及前沿

1.2.4 机械液压系统分析与仿真的发展及趋势

1.3 课题主要研究内容

第2章 起竖机构系统的概念设计与确定

2.1 机械系统概念设计方法

2.2 案例描述

2.3 起竖机构系统的性能评价参数

2.4 起竖机构系统概念设计

2.4.1 起竖机构系统功能形态学矩阵

2.4.2 基于层次分析方法的最佳功能解

2.5 起竖机构系统方案的确定

2.6 本章小结

第3章 起竖机构系统的多目标优化

3.1 机械多目标优化设计方法

3.2 起竖载荷优化模型

3.2.1 坐标系定义

3.2.2 设计变量

3.2.3 目标函数的建立

3.2.4 约束条件分析

3.2.5 起竖载荷计算数学模型

3.3 多目标优化的计算机实现

3.4 起竖载荷优化分析及结果

3.5 本章小结

第4章 液压系统的动态特性分析

4.1 起竖液压系统原理

4.2 系统液压流量匹配控制分析

4.2.1 确定系统压力

4.2.2 起竖液压缸结构参数

4.2.3 系统流量计算及分配

4.2.4 流量匹配结果

4.3 起竖系统稳定性分析

4.3.1 多级起竖液压缸换级缓冲分析

4.3.2 平衡回路的稳定性分析

4.4 本章小结

第5章 基于AMESim、ADAMS的系统协同仿真与验证

5.1 系统建模与仿真方法

5.1.1 液压系统动力学建模方法

5.1.2 多体系统动力学建模方法

5.1.3 基于AMESim、ADAMS的系统协同仿真方法

5.2 液压系统建模

5.2.1 起竖油缸建模

5.2.2 平衡阀建模

5.2.3 起竖液压系统模型

5.3 多体动力学建模

5.3.1 几何建模

5.3.2 施加约束

5.3.3 边界条件和加载

5.4 协同仿真数据接口建模

5.5 仿真结果与分析

5.6 试验校验

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢

个人简历