大型液压挖掘机工作装置挖掘力分析及机构优化

摘要

大型液压挖掘机是一种大斗容土石方施工设备，广泛应用于矿山开采及大型工程建设。由于作业过程中挖掘工况的多变性导致工作装置受力复杂，影响整机性能的发挥。本文针对此问题，以70T大型液压挖掘机为样机，建立挖掘机的虚拟样机模型，分析作业过程中工作装置挖掘力及铰点受力的变化，并进行机构优化，以提高挖掘机综合作业性能。主要工作如下:
　　运用D-H法建立工作装置运动学模型，结合工作装置各机构之间的位置关系，得到各机构传动比关系式，建立整机理论挖掘力的计算模型。
　　在Inventor及ADAMS平台中建立挖掘机动力学仿真模型，分析整机理论挖掘力的变化特性及其发挥限制因素所占比重，找出工作装置发挥最大挖掘力时的位姿。在铲斗齿尖加载挖掘阻力，模拟斗杆及铲斗挖掘动作，仿真得到工作装置各铰点的受力变化曲线，对挖掘机工作装置力学性能进行评价，为进一步优化铰点位置提供参考。
　　以铲斗、斗杆理论挖掘力及动臂提升力为目标函数优化工作装置铰点位置。优化结果表明，在小范围内调整铰点位置可有效改善铰点的受力状况，同时提高挖掘机的作业范围。
　　通过测试挖掘机实挖过程中液压缸大小腔压力以及活塞杆位移数据，经过换算得到活塞杆作用力曲线，间接计算出铲斗齿尖挖掘阻力，验证仿真计算模型的准确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 工作装置研究与应用现状

1．2．1 国外工作装置研究现状

1．2．2 工作装置挖掘力及机构优化研究现状

1．2．3 虚拟样机技术在工作装置中的研究与应用现状

1．3 课题研究意义

1．4 论文主要研究内容

2 工作装置建模分析

2．1 工作装置运动学基本概念

2．1．1 连杆坐标系

2．1．2 运动学基本方程

2．2 工作装置运动学建模和求解

2．2．1 运动学正解

2．2．2 运动学逆解

2．3 工作装置机构空间转换

2．3．1 动臂机构空间转换

2．3．2 斗杆机构空间转换

2．3．3 铲斗机构空间转换

2．4 本章小结

3 挖掘力及挖掘阻力计算模型

3．1 工作液压缸理论挖掘力计算模型

3．1．1 斗杆液压缸理论挖掘力

3．1．2 铲斗液压缸理论挖掘力

3．2 整机理论挖掘力计算模型

3．2．1 斗杆整机理论挖掘力

3．2．2 铲斗整机理论挖掘力

3．3 挖掘阻力分析

3．3．1 斗杆挖掘阻力分析

3．3．2 铲斗挖掘阻力分析

3．4 本章小结

4 挖掘力及铰点受力仿真分析

4．1 ADAMS仿真模型搭建

4．1．1 三维实体模型搭建

4．1．2 ADAMS模型搭建

4．1．3 约束检验

4．2 挖掘包络图绘制

4．3 工作液压缸最大挖掘力仿真测试

4．3．1 铲斗最大挖掘力仿真测试

4．3．2 斗杆最大挖掘力仿真测试

4．4 整机理论挖掘力仿真

4．4．1 斗杆挖掘整机理论挖掘力仿真

4．4．2 铲斗挖掘整机理论挖掘力仿真

4．5 铰点受力仿真分析

4．5．1 斗杆挖掘仿真

4．5．2 铲斗挖掘仿真

4．6 本章小结

5 工作装置机构优化研究

5．1 优化设计概述

5．2 样机参数化

5．2．1 参数化建模

5．2．2 参数化分析

5．2．3 优化算法

5．3 工作装置机构优化

5．3．1 铲斗机构优化

5．3．2 斗杆机构优化

5．3．3 动臂机构优化

5．4 优化结果分析

5．5 本章小结

6 实验研究

6．1 实验目的与内容

6．2 实验设备与测试仪器

6．2．1 实验设备

6．2．2 测试仪器

6．3 实验方案

6．3．1 测点分布

6．3．2 测试方案

6．4 实验结果及分析

6．4．1 斗杆实挖测试

6．4．2 铲斗实挖测试

7 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 工作展望

参考文献

附录

攻读学位期间主要研究成果

致谢