硕士论文-挖掘机工作装置结构分析及运动学仿真研究

同济大学中德学院硕士学位论文挖掘机工作装置结构分析及运动学仿真研究姓名：李向宝申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：王家海20080501挖掘机工作装置结构分析及运动学仿真研究作者：李向宝学位授予单位：同济大学中德学院相似文献(10条)1.期刊论文孙旭国.黄孙灼.林述温基于Matlab的挖掘机工作装置动力学建模与仿真-机械工程师2007,(9)提出一种基于Matlab的挖掘机工作装置动力学数学模型的推导方法.利用Matlab符号运算功能,编制M文件,实现数学模型自动推导,整个建模和运算过程简单、直观和高效.以某中型挖掘机为例进行分析,结果表明模型很好地反映了挖掘机工作装置的动力学特性.该模型可用于挖掘机控制器设计、挖掘轨迹最优规划和工作装置逆向动力学仿真分析.2.期刊论文陈进.吴俊.李维波.王旭东.CHENJin.WUJun.LIWei-bo.WANGXu-dong大型液压正铲挖掘机工作装置有限元分析及应力测试-中国工程机械学报2007,5(2)针对某大型液压正铲挖掘机,使用Pro/Engineer软件对其工作装置进行实体建模,并对各部件(动臂、斗杆和铲斗)最不利工况的模型进行受力分析,求出各铰点和被动油缸的受力.分别建立各部件的有限元模型,然后应用ANSYS软件的静力分析模块对其进行有限元强度和刚度分析,得出各部件的应力和变形云图.最后采用静态应变仪对工作装置进行现场应力测试,将试验结果和理论计算进行比较,对有限元分析结果进行了验证.从而为改进挖掘机设计、提高挖掘机工作的稳定性提供了理论依据.3.学位论文李永旭液压挖掘机工作装置与液压系统设计的研究2006液压挖掘机是一种应用广泛的多功能的建设施工机械，作为工程机械的主力机种。由于液压挖掘机具有多品种，多功能，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐，其生产制造业也日益蓬勃发展。液压挖掘机主要有发动机、液压系统、工作装置、回转装置、行走装置和电器控制等部分组成。本论文由两大部分组成，包括工作装置和液压系统设计。挖掘机的主要工作就是土壤的挖掘。工作装置是直接完成挖掘任务的装置。许多挖掘机发达的国家广泛采用新技术、新方法来不断地提高液压挖掘机的作业性能和生产率。通过通用性及专业的挖掘机工作装置设计方法，进行工作装置的全面计算机通用性设计研究对推动国内挖掘机发展具有十分重要的意义。论文全面收集了国内外挖掘机工作装置设计的有关资料，对挖掘机的各种工况进行了分析，总结了挖掘机工作装置的设计要求。提出了基于计算机全面仿真的现代设计方法，仿真跟随整个液压挖掘机工作装置设计的全过程，对整机的全部特性全方位的进行仿真。液压挖掘机工作装置可归纳为平面连杆机构。因此，对平面连杆机构的通用分析方法进行了讨论，采用了杆组分解方法，通过对杆组分解方法的详细研究，建立一套完整的建模方法，把它变成完整的理论。提出了利用人机交互方式的机构模型的建立方法，用人机交互方式来实现机构的结构过程和参数的输入。在人机交互方式的分析基础上，解决了计算机求解流程，并实现了整个机构的计算机自动建模，基于机构计算机自动建模的实现来完成了机构通用分析软件TJGMA。针对挖掘机工作装置的设计要求，利用机构通用分析软件，完成了一套专业性的挖掘机工作装置设计及性能分析软件TJCMDS。利用此软件，对挖掘机的所有性能进行了详细分析，包括工作装置的运动特性、受力特性、挖掘力分布特性等。进行了计算数据后处理和管理的研究，将被计算确定的设计参数传送到三维CAD应用软件，准备了能实现工作装置三维设计的基础。利用此软件能够进行快速正确的分析计算，形象直观，操作简单；当改变参数时，只要在计算机的有关界面上简单操作就能达到修改的目的。从而实现减少用户的工作强度，缩短设计周期的目标。对机械三维设计软件进行了详细讨论和研究，提出了挖掘机工作装置结构的三维细化设计的自动化。基于三维通用软件UG，实现了挖掘机工作装置结构的参数化设计。进行了依据分析计算结果的结构模型的自动生成的研究，实现了挖掘机工作装置结构模型生成的自动化。应用前面的理论，完成一个具体挖掘机的设计，对新设计的挖掘机所有性能进行详细分析。利用开发的软件和三维通用软件相互结合，自动生成新设计的挖掘机工作装置的三维模型。采用通用软件UG，对设计的液压挖掘机工作装置结构物，进行了有限元分析。挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作复杂，于是它对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此，对挖掘机液压系统的分析研究对推动国内挖掘机发展具有十分重要的意义。论文通过对挖掘机的各种工况的分析，系统总结了挖掘机液压系统的设计要求。论文对挖掘机液压系统中的单泵定量系统、多泵定量系统、多变量泵液压系统、负载敏感压力补偿控制系统和负流量控制系统等基本回路进行了分析，还深入分析了负流量控制系统和负载敏感压力补偿液压系统的控制原理，并着重对负载敏感压力补偿技术进行了分析研究。根据挖掘机液压系统的设计要求，论文中还创新地采用通用多路阀，配以专用控制阀和简单的电子控制系统，设计了一套适合中国生产制造的负载敏感压力补偿挖掘机液压系统，为今后中国挖掘机液压系统的开发研究提供了很好的参考。针对负载敏感压力补偿液压系统，论文建立了比较完善的数学模型，并采用国际先进的仿真软件AMEsim对整个液压系统的动态特性进行仿真，验证了负载敏感压力补偿液压系统的控制特性，并为液压系统设计中的参数选择提供了依据。另外，论文针对负载敏感压力补偿液压系统提出了试验方案，具体设计制造了试验台。通过静态特性试验和动态特性试验，进一步验证了负载敏感压力补偿液压系统的控制特性，并获得了系统参数变化对其控制特性的影响。4.期刊论文周宏兵.王惠科.过新华.王世怀.ZHOUHong-bing.WANGHui-ke.GUOXin-hua.WANGShi-huai基于MATLAB和ANSYS的挖掘机工作装置结构静强度分析-广西大学学报（自然科学版）2009,34(6)液压挖掘机反铲工作装置结构的复杂性和边界条件的多变性给对工作装置强度分析带来了很大困难.在对挖掘机工作装置受力分析的基础上,编程自动求解挖掘范围内各铰点受力,利用坐标旋转变换,得到用于各构件有限元分析的边界载荷,最后在ANSYS中编写载荷步文件自动对构件进行多工况静强度分析.实现了各构件有限元网格模型的共享和边界条件的自动获得,为各构件的多工况有限元分析提供了新的方法;同时也大大降低了对工作装置进行静强度分析的工作量.5.期刊论文黄爱文.卢炎麟.HUANGAi-wen.LUYan-lin基于Pro/E的反铲式挖掘机工作装置的建模与运动仿真-煤矿机械2008,29(9)用Pro/E软件建立了反铲式挖掘机工作装置的实体模型,利用Mechanism模块对工作装置进行了运动仿真.以挖掘机铲斗中齿的齿尖部位作为研究对象,得到在一个挖掘作业循环时间里的速度、加速度、位置和时间的运动仿真分析结果,为液压挖掘机整机设计的合理性提供了依据.6.学位论文谢贤彬挖掘机工作装置CAD系统的研究与开发2007目前，国产机械式挖掘机的生产仍处在仿制阶段，缺乏自主开发的能力。工作装置是挖掘机的重要组成部分，其性能优劣直接关系到挖掘机的生产效率和整机的可靠性。由于影响挖掘机工作装置的因素较多，传统的设计方法耗费时间长、工作量大，而且很难得到令人满意的结果。为了减少挖掘机设计人员的工作量，缩短产品开发周期，提高设计质量，对挖掘机工作装置的CAD技术进行研究是很有必要的。基于这种背景，本文进行了以下的研究工作。(1)提出了以工程数据库为核心的挖掘机工作装置CAD系统集成框架；分析了集成系统中的几个关键技术，包括相似设计理论、基于挖掘过程的工作装置结构参数优化、基于装配设计的参数化技术以及支持系统集成的工程数据库技术。(2)在对工作装置进行结构分析的基础上，开发了工作装置结构方案选择模块；采用相似设计和经验设计两种方法开发了工作装置结构参数初设计模块；根据挖掘机设计理论开发了铲斗设计模块；对挖掘机产品设计特点进行了分析，给出了集成系统数据库的三级组织结构，并讨论了集成系统数据库的访问技术。(3)根据机械式挖掘机的工作原理，建立了挖掘机工作装置及挖掘过程的简化模型，在此基础上推导出挖掘体积的计算公式；对正铲工作装置进行了几何结构分析，推导出挖掘后角以及提升钢绳与斗柄中心线间夹角的表达式；对正铲工作装置的挖掘过程进行了运动分析，推导出推压速度和提升速度关系表达式以及提升力、推压力的表达式。(4)由于以往基于指定工况和有代表性单轨迹的优化方式存在设计结果缺乏全局性和严谨性等缺陷，本文从挖掘的全过程出发，对工作装置进行多目标优化，建立了基于挖掘过程的优化数学模型，采用复合形优化方法编写了优化程序，并对P&H2800XP型挖掘机工作装置的结构参数进行了优化。(5)从基于装配设计的角度考虑，利用SolidWorks软件通过白上而下的建模方式创建了正铲工作装置的参数化模型；在研究基于装配的参数化技术的基础上，利用VB6.0开发了挖掘机正铲工作装置的参数化模块。(6)结合实例验证了工作装置CAD集成系统的可行性和实用性。本文构建了挖掘机工作装置CAD系统集成框架，在此基础上开发的以工程数据库为核心的挖掘机工作装置CAD系统，可完成挖掘机工作装置的总体设计、优化、建模等多种功能。其中本文采用的工作装置优化和自上而下的建模方法比现有的方法更为合理或便捷。7.期刊论文康海洋.洪瑛.KANGHai-yang.HONGYing基于Pro/EMechanism的挖掘机工作装置运动仿真-机械2007,34(10)在Pro/E环境中,Pro/E的Mechanism能方便地对任何实际的二维或三维机构进行较复杂的运动学分析.利用Pro/ENGINEER软件对挖掘机工作装置进行运动仿真,可为挖掘机工作装置进一步优化提供运动模型.8.期刊论文戴群亮.邵以东.DaiQunliang.ShaoYidong基于DSP的挖掘机工作装置轨迹控制系统-工程机械2006,37(3)针对挖掘机工作装置具有多变量、强耦合的特点,以DSP芯片TMS320LF2407A作为核心电控单元,采用模糊自适应PID控制算法,实现了挖掘机工作装置轨迹控制,具有较高的稳定性和精确性.通过自动操纵,减轻了驾驶员的作业强度,加快了施工进度.9.会议论文黄海东.赵丁选.宫文斌.刘国民自平衡节能型挖掘机工作装置2001在单斗挖掘机动臂铰销后方按一定规则加上活动配重和固定配重,可以获得一种自平衡节能型挖掘机工作装置.在作业过程中,这种工作装置的重力势能保持恒定,不消耗额外的机械能,既节省能量,又减少了液压系统的发热和回转轴承等处的动载荷.在机重相同的前提下,作业稳定性提高,可获得更大的作业半径或铲斗容量.这项技术已经获得了国家专利.介绍了其组成、特点,证明了自平衡节能的原理.10.学位论文郭克刚挖掘机工作装置变量化3D建模与CAD研究2008挖掘机是工程机械的重要机种之一,其工作装置设计水平的高低直接影响着挖掘机的各项工作性能。传统的分析和设计方法已无法满足这种复杂产品设计的要求。随着CAD技术、三维建模等现代设计方法理论的普及和发展,工程机械的设计理论和设计方法正向自动化和智能化的方向发展。本文主要研究挖掘机工作装置计算机辅助设计和参数化建模。根据液压挖掘机工作装置的结构特点和工作原理,对其进行了运动学、力学、设计合理性分析,结合杆组理论分析法,开发了一套挖掘机工作装置设计分析软件,建立挖掘机工作装置参数化模型,通过Pro/E二次开发,实现工作装置的参数化建模。1、对杆组分析法的具体理论进行了阐述建立了用杆组分析法进行连杆机构运动分析的数学模型,运用拆杆法对连杆机构进行分析。详细论述了单杆、Ⅱ级杆组及有源组运动分析方法。这样对机构分析不仅准确快捷、调用方便,而且对各种不同类型的平面连杆机构都具有通用性。2、建立挖掘机工作装置数学模型结合杆组分析法对挖掘机的工作装置进行运动学分析、力学分析、设计合理性分