伸缩臂叉装车工作装置动力学特性研究及优化设计

摘要

伸缩臂叉装车是传统叉车、轮式装载机、高空作业平台和小型汽车起重机有机结合而形成的一类新兴产品,并逐步成为农业、建筑、厂房建设等领域不可或缺的小型工程机械。它凭借工作装置完成物料的装卸、搬运和举升,因此伸缩臂叉装车工作装置的结构和性能参数直接影响整机作业性能。
　　 本文以SWTH3514伸缩臂叉装车工作装置设计为例,应用矢量方程解析法和牛顿-欧拉法建立伸缩臂叉装车工作装置多刚体运动学和动力学数学模型。利用计算机仿真技术,在MATLAB-Simulink环境下,建立举升作业工况下伸缩臂叉装车工作装置的多刚体动力学仿真模型,计算得到不同负载作用下工作装置的动力学特性。在保证叉装车工作装置的举升作业能力和卸料角一定的条件下,分别建立伸缩臂叉装车工作装置的变幅机构、六连杆机构以及平移性能的数学模型,采用遗传算法多目标优化方法,运用MATLAB优化工具箱对数学模型进行求解,并对比分析优化前后工作装置的主要性能参数和动力学特性。以SWTH3514型伸缩臂叉装车为实验平台进行相关实验研究,验证所建伸缩臂叉工作装置动力学模型的正确性、仿真研究的可行性、优化设计的有效性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 概述

1.2 课题研究与应用现状

1.2.1 伸缩臂叉装车及其工作装置概述

1.2.2 伸缩臂叉装车工作装置的国内外研究现状

1.2.3 优化设计方法概述

1.3 课题来源及论文研究的主要内容

1.3.1 课题来源

1.3.2 课题研究的意义

1.3.3 主要研究内容及技术路线

1.4 本章小结

第二章 工作装置运动学与动力学分析

2.1 伸缩臂叉装车工作装置结构分析

2.2 工作装置的运动分析

2.2.1 运动分析学方法及其数学理论基础

2.2.2 举升作业时工作装置的运动分析

2.3 工作装置的动力学分析

2.3.1 动力学建模方法

2.3.2 举升作业时工作装置的动力学分析

2.4 本章小结

第三章 伸缩臂叉装车工作装置动力学仿真研究

3.1 MATLAB及Simulink简介

3.2 工作装置动力学建模与仿真

3.2.1 联立约束法概述

3.2.2 工作装置的动力学建模

3.2.3 仿真与分析

3.3 本章小结

第四章 伸缩臂叉装车工作装置铰点位置优化设计

4.1 机械优化设计理论

4.1.1 机械优化设计概述

4.1.2 优化设计模型的构成要素

4.1.3 遗传算法

4.1.4 MATLAB优化工具箱简介

4.2 伸缩臂叉装车工作装置性能参数的定量计算

4.2.1 卸载性

4.2.2 平移性

4.2.3 六连杆机构的动力性

4.2.4 传动性

4.2.5 举升性能

4.3 伸缩臂叉装车工作装置优化设计

4.3.1 六连杆机构优化设计数学模型

4.3.2 变幅机构优化设计数学模型

4.3.3 平移性优化设计数学模型

4.4 优化结果及分析

4.4.1 优化结果

4.4.2 优化前后工作装置性能参数对比分析

4.4.3 优化前后工作装置动力学性能对比仿真分析

4.5 本章小结

第五章 实验研究

5.1 实验目的和内容

5.2 实验条件

5.3 实验过程及结果分析

5.3.1 空载条件下,从动调平油缸压力测试

5.3.2 空载条件下,变幅油缸压力测试

5.3.3 负载作用下,变幅油缸压力测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

附录 SWTH-3514型伸缩臂叉装车工作装置基本参数

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果