面向液压系统的挖掘机工作装置机构优化

论文摘要

挖掘机工作装置是作业工况最主要的直接完成者,挖掘机的工作装置结构合理性与挖掘机整机工作性能息息相关,所以挖掘机工作装置机构优化设计一直是提高整机工作性能的关键问题。液压挖掘机的挖掘工况复杂,系统效率不高,且我国国内液压元件制造质量不稳定,高压液压件大多还依靠国外进口。本课题从机构学的角度通过机构优化的方法,在满足现有要求的工况的前提下,降低液压系统的压力和流量,对于降低系统能量损失和提高国产液压系统的使用寿命,扩大国产液压系统的使用范围,提高国产挖掘机工作装置机构设计技术等方面,做了一些新的尝试。本课题研究内容如下：(1)对带偏置的有源II级杆组(RPRR)进行运动分析,采用有源杆组和II级杆组方法对挖掘机工作装置进行正解分析,运用杆组法对挖掘机工作装置进行运动学逆解分析。(2)提出挖掘机工作装置运动规划的概念。基于挖掘机工作装置正解和逆解,分别提出了规划油缸运动的规划方法和规划铲斗运动的规划方法,对挖掘机工作装置进行运动规划。(3)对偏置式液压缸进行运动和受力分析,分析偏置对液压缸的流量和压力的影响,增加摆动式液压缸的偏置量作为优化变量,并给出偏置的约束条件。(4)通过对挖掘机挖掘工况和挖掘阻力分析,为挖掘机工作装置机构优化的优化工况的确定奠定了基础。对挖掘机工作装置进行静力分析,得出挖掘力与工作装置油缸推力和工作装置铰点相对位置之间的关系。(5)确定挖掘机工作装置机构优化工况。在满足挖掘工况要求的前提下,以工作装置在主要作业区域内作业,工作装置油缸输入的最大功率最小为优化目标建立挖掘机工作装置机构优化数学模型,并利用MATLAB软件优化工具箱进行优化求解。(6)以斗容为0.8m3的WY200型单斗反铲液压挖掘机为例进行工作装置机构优化实例分析,验证本课题的工作装置机构优化理论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究依据和意义
• 1.2 课题相关领域研究综述
• 1.2.1 挖掘机工作装置机构优化研究现状
• 1.2.2 对挖掘机挖掘力研究和优化现状
• 1.3 课题来源及研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 本课题主要研究内容
• 1.3.3 本论文结构
• 1.4 本课题创新之处
• 第二章 挖掘机工作装置运动学分析
• 2.1 运动学正解
• 2.1.1 正解通用性分析
• 2.1.2 带偏置的有源II级杆组运动分析
• 2.1.3 工作装置运动正解分析
• 2.2 运动学逆解
• 2.2.1 逆解通用性分析
• 2.2.2 逆解分析
• 2.3 小结
• 第三章 挖掘机工作装置运动规划
• 3.1 运动规划分类
• 3.2 规划方法
• 3.2.1 直接规划铲斗运动
• 3.2.2 规划工作装置油缸运动
• 3.2.3 工作装置三个油缸联动运动规划
• 3.2.4 工作装置挖掘运动规划
• 3.3 挖掘机工作装置运动规划实例
• 3.3.1 实例原型参数
• 3.3.2 运动规划实例
• 3.3.2.1 直接规划铲斗运动
• 3.3.2.2 规划工作装置油缸运动
• 3.3.2.3 工作装置三个油缸联动运动规划
• 3.4 小结
• 第四章 挖掘机工作装置力分析
• 4.1 偏置摆动式油缸运动和受力分析
• 4.1.1 偏置摆动式油缸运动分析
• 4.1.2 偏置摆动油缸受力分析
• 4.2 挖掘机工作装置工况分析
• 4.3 挖掘机挖掘阻力分析
• 4.4 工作装置受力分析
• 4.4.1 铲斗挖掘力和铲斗油缸推力之间的关系
• 4.4.2 斗杆挖掘时挖掘力和斗杆油缸的压力之间的关系
• 4.4.3 动臂油缸的推力和铲斗挖掘力的关系
• 4.5 小结
• 第五章 挖掘机工作装置机构优化数学模型的建立
• 5.1 目标函数的建立
• 5.1.1 动臂提升工况
• 5.1.2 斗杆挖掘工况
• 5.1.3 铲斗挖掘工况
• 5.1.4 综合目标函数
• 5.2 优化变量的确定
• 5.2.1 原始设计变量
• 5.2.2 优化变量灵敏度分析
• 5.2.3 挖掘机几何作业参数
• 5.2.4 优化设计变量
• 5.3 约束条件
• 5.3.1 工作性能约束
• 5.3.2 工作装置转角约束
• 5.3.3 工作装置几何约束
• 5.3.4 工作装置运动规划约束
• 5.4 挖掘机工作装置机构优化数学模型
• 5.5 优化方法
• 5.6 优化步骤
• 5.7 小结
• 第六章 挖掘机工作装置机构优化实例
• 6.1 实例原型参数
• 6.2 基于规划油缸运动的规划方法的工作装置优化
• 6.2.1 工作装置机构优化主程序
• 6.2.2 优化结果分析
• 6.3 小结
• 结论和展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历