石材叉装车工作装置的性能分析与优化设计研究

摘要

石材叉装车作为矿山开采行业催生的一种新型工程机械，为满足矿山开采的实际工作要求，必须具备良好的综合性能。工作装置是石材叉装车的执行机构，作为荒料铲装、举升作业的关键部件，工作装置结构的综合性能直接影响着叉装车的作业效率、燃油经济性以及其他整机工作性能。
　　目前国内石材叉装车制造商主要采用在轮式装载机工作装置的基础上进行替换功能附件或利用经验的设计方法，严重限制了叉装车综合性能的提升。本文基于矿山开采中，荒料运输、装卸实际工作需求，着重阐述了石材叉装车工作过程中的典型工况。根据叉装车设计主要技术参数，对叉装车工作装置动臂以及驱动液压缸进行设计计算，同时根据托叉运动要求通过经验法对摇臂、连杆等零部件尺寸进行设计计算，完成叉装车工作装置初步设计。
　　通过建立叉装车作业过程中关键零部件的运动状态方程，得到了工作装置关键铰接点的位置坐标。基于Adams仿真软件，对叉装车工作装置进行运动学仿真，研究了叉装车作业过程中转斗机构各个零件间的传动角以及托叉与水平线夹角的变化情况。同时根据所建立的叉装车工作装置运动学方程基于MATLAB数学仿真，得到了摇臂和连杆长度对托叉平动性能的影响规律。
　　根据石材叉装车工作装置实际应用需求，利用线性加权和的方法将石材叉装车工作装置的传动性能和托叉平动性能双目标进行线性组合分析，采用了粒子群(PSO)优化算法，以摇臂和连杆长度为设计变量，对叉装车结构进行优化求解。同时分析了影响叉装车举升性能的关键因素，并对动臂液压缸与前车架铰接点位置进行了优化。
　　根据优化后的结果重新进行仿真，由分析结果可得，荒料举升过程中，当托叉位于最大举升高度时，托叉面与水平面之间的夹角由原来的25°减小为5°，增大了工作装置的稳定性能，同时减小了卸料时间，提高了工作效率。
　　本课题的研究为国内大吨位石材叉装车的研究开发提供依据，对叉装车工作装置的优化设计，提升现有叉装车产品性能具有指导意义，有助于促进国内石材行业的发展，同时本文研究成果对其他工程机械的优化研究具有借鉴意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究目的和意义

1．2 典型工程机械工作装置研究概述

1．2．1 国内外矿山机械发展现状

1．2．2 石材叉装车常用工作装置

1．2．3 工程机械工作装置国内外研究现状

1．3 课题提出和主要研究内容

第2章 石材叉装车工作装置初步设计及数学模型建立

2．1 石材叉装车工况与关键性能分析

2．2 石材叉装车工作装置初步设计计算

2．2．1 设计目标及设计要求

2．2．2 石材叉装车开发设计方案流程

2．2．3 石材叉装车工作装置关键零部件尺寸初步设计计算

2．3 石材叉装车工作装置数学模型的建立

2．3．1 石材叉装车工作装置坐标点定义

2．3．2 石材叉装车工作位置数学模型

2．3．3 石材叉装车工作装置运动过程分析

2．4 本章小结

第3章 石材叉装车工作装置仿真研究

3．1 石材叉装车工作装置Adams仿真模型

3．2 石材叉装车工作装置的运动学模型

3．3 石材叉装车工作装置运动学分析

3．4 叉装车工作装置关键零部件受力分析

3．5 叉装车工作装置液压系统仿真

3．5．1 石材叉装车工作装置液压系统分析

3．5．2 叉装车工作装置液压系统仿真模型建立

3．5．3 系统仿真与结果分析

3．6 本章小结

第4章 石材叉装车工作装置机构优化分析

4．1 石材叉装车工作装置转斗机构性能参数分析

4．1．1 托叉角度参数分析

4．1．2 转斗工作装置的传动性参数分析

4．1．3 工作装置机构优化目标函数

4．1．4 约束条件的确定

4．1．5 粒子群算法优化结果与仿真分析

4．2 动臂举升机构铰接点优化分析

4．2．1 动臂举升力臂参数化分析

4．2．2 工作装置举升性能优化分析

4．3 动臂举升机构液压系统仿真验证

4．4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢