液压挖掘机工作装置动态特性研究及挖掘力优化设计

摘要

液压挖掘机是进行土石方作业的多功能工程机械，在国民经济建设中发挥着举足轻重的作用，工作装置是挖掘机整机的重要组成部件，也是其土石方作业的执行装置，工作装置的作业性能很大程度上反映了挖掘机整机的挖掘性能。在真实的挖掘过程中，由于工作环境恶劣、挖掘对象多变不一且工作负荷复杂，导致工作部件的运动规律和受力规律非常复杂，以及会出现挖掘力不足的情况。基于上述现象，本文以某型号的液压挖掘机为研究对象，对其工作中的动态特性进行了仿真分析，以及铲斗挖掘时的挖掘力进行了优化，主要研究内容如下：
　　（1）分别运用Denavit-Hartenberg奇次坐标变换法、Lagrange法建立了工作装置的运动学和动力学数学理论模型，得到了关键铰点位置的位移?X,Y,Z?T、速度v、加速度a的函数关系式，以及其动力学方程的函数表达式。
　　（2）在PROE中运用经典的bottom-up设计方法，建立了工作装置的三维模型，装配后导入ADAMS建立工作装置的虚拟样机，对多刚体系统的虚拟样机进行运动学以及动力学仿真，得到工作装置的主要作业尺寸参数和关键铰点位置的受力及力矩规律曲线。
　　（3）依托ANSYS有限元分析软件，建立了动臂和斗杆的柔性部件，并对两机构进行约束模态分析，得到了机构的前六阶固有频率以及其相对应的振型图，在ADAMS中进行柔性替换得到工作装置刚柔耦合虚拟样机模型并进行动力学分析，结果表明:刚柔耦合模型的铰点受力曲线与多刚体系统的走向趋势基本一致，在多刚体曲线的基础上成不同幅度的波动，且在有外载荷作用下曲线的波动程度较为明显,并得到动臂机构和斗杆机构在一个作业循环内最大应力位置分别位于动臂与转台铰点附近和斗杆上的铲斗油缸支座位置处。
　　（4）在ADAMS中建立铲斗连杆机构简化的样机参数化模型，以挖掘力即传动比为目标函数进行优化设计。结果表明：连杆机构四个参数化点的纵坐标对目标函数的灵敏度值较大，即对机构传动比的影响程度较大，优化设计后铲斗连杆机构传动比在油缸行程变化很小的范围内从之前的最大值为0.2991提升到0.3788，增大了30.1％，其优化效果较为明显。

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第1章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2工作装置的研究现状

1.3 工作装置的研究分析及设计原则

1.4 主要研究内容及组织结构

第2章 挖掘机工作装置数学建模及三维建模

2.1工作装置运动学数学模型的建立

2.2 工作装置动力学数学模型的建立

2.3 工作装置三维模型的建立

2.4 本章小结

第3章 工作装置虚拟样机多刚体系统运动学及动力学仿真

3.1样机模型在ADAMS中的前处理

3.2 工作装置多刚体系统运动学仿真

3.3 工作装置虚拟样机多刚体动力学仿真

3.4 本章小结

第4章 工作装置模态及刚柔耦合模型系统的动力学分析

4.1 模态分析基本理论

4.2 动臂机构和斗杆机构模态分析

4.3刚柔耦合样机模型的动力学仿真研究

4.4 本章小结

第5章 基于挖掘力的挖掘机工作装置参数优化设计

5.1 优化设计概述

5.2 铲斗连杆机构模型优化设计

5.3 本章小结

第6章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续展望

参考文献

致谢