液压挖掘机反铲工作装置的运动分析与优化

摘要

液压挖掘机是现代石方作业工程中最为主要的施工机械设备之一，其在众多工程领域中均得到了广泛应用。其中，液压挖掘机进行作业时最关键的机构是其工作装置部分。在工程实践中，工作装置中动臂或者斗杆断裂、绞点失效以及挖掘区域不合理等不良状况时有发生，不仅影响着挖掘机的使用性能而且存在着极大的安全隐患。可见，对液压挖掘机的工作装置进行优化设计研究，从而保证其更加高效、安全和可靠，具有重要的研究意义和实用价值。
　　本文以WY22型液压挖掘机为对象，较为详细地概述了其工作原理和结构特点，建立了挖掘机反铲工作装置的三维模型，以该模型为基础对反铲工作装置进行了运动分析，得到了其运动特性；以此为基础，建立了反铲工作装置的优化模型，重点对反铲工作装置的斗杆绞点进行了参数化优化设计。
　　本文的主要研究工作如下所示：
　　（1）概述了液压挖掘机的结构组成和工作原理、工作特点，为后续对挖掘机反铲工作装置的建模、运动分析和工作绞点的优化等工作提供了理论上的依据和准备；同时，对液压挖掘机的作业过程即挖掘机的几种工况做了详细的分析；此外，对反铲液压挖掘机的基本性能参数和设计原则进行了概要介绍。
　　（2）以WY22型液压挖掘机为对象，采用SolidWorks软件分别建立了动臂及动臂液压缸、斗杆及斗杆液压缸、铲斗及铲斗液压缸、连杆和摇杆的三维模型，并在SolidWorks的装配环境中实现了反铲工作装置的装配，得到挖掘机反铲工作装置的三维装配图。基于三维装配图，对挖掘机反铲工作装置进行了运动分析，获得了动臂、斗杆和铲斗的相关运动方程，并绘制了动臂和斗杆液压缸推力的力臂曲线图。
　　（3）对WY22型液压挖掘机的反铲工作装置建立了优化模型，所设定的目标函数包括动臂的理论挖掘力、斗杆的理论挖掘力和以及铲斗的理论挖掘力等三个子部分，共确立了14个设计变量和25个相关的约束条件。在MATLAB软件的基础上重点对反铲工作装置的斗杆绞点进行了参数化优化设计，优化结果表明，优化后的斗杆缸推力的力臂值和斗杆的挖掘力要明显大于优化前，达到了预期的优化目的。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外液压挖掘机的现状及未来发展趋势

1.3课题的主要内容

1.4本章小结

第二章 液压挖掘机概述及其反铲装置的结构特点介绍

2.1液压式挖掘机结构组成和工作原理分析

2.2液压式挖掘机反铲装置的结构及工作特点分析

2.3 反铲液压挖掘机的基本性能参数和设计原则

2.4 本章小结

第三章 液压挖掘机反铲装置三维建模及分析

3.1 SolidWorks软件介绍

3.2 WY22型液压挖掘机工作装置SolidWorks三维建模

3.3 反铲装置运动学分析

3.4 本章小结

第四章 反铲工作装置的优化模型

4.1 优化设计方法概述

4.2 反铲工作装置的优化模型

4.3 本章小结

第五章 反铲工作装置绞点的优化模型求解

5.1 斗杆绞点优化数学模型的建立

5.2 斗杆绞点优化数学模型的MATLAB求解

5.3 斗杆绞点优化模型的求解

5.4 优化结果分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢