混凝土湿喷机臂架系统的动力学建模与分析

摘要

针对混凝土湿喷机臂架系统的液压油缸驱动力难以显式计算的问题,采用解析几何法和拉格朗日方程建立混凝土湿喷机臂架系统的动力学模型.将驱动油缸等效为活塞杆沿着套筒运动的二连杆机构,这样臂架成为不完全开链的十连杆机构.采用解析几何法,推导臂架杆件转角与液压油缸行程的函数关系,即臂架系统的运动学方程.在运动学基础上根据拉格朗日动力学方程,建立广义力(液压油缸驱动力)对广义坐标(油缸行程)的数学模型.仿真分析时选择了湿喷机的一个典型工作过程,利用符号运算工具MAPLE求解广义力的解析式,并导入MATLAB进行数值求解.同时,利用PRO/E的机构动力学仿真工具对臂架进行分析.对比可见MATLAB与PRO/E仿真结果相吻合,验证了混凝土湿喷机臂架系统动力学模型的正确性.最后,结合动力学模型分析驱动油缸铰点位置变化对油缸工作过程中最大驱动力的影响,结果表明原湿喷机臂架系统结构有待进一步优化.因此,该动力学模型为油缸选型和油缸受力优化提供了理论依据.