履带式蜘蛛高空作业平台底盘动态分析与优化设计

论文摘要

依托“十一五”国家科技支撑计划项目《高大空间建筑工程安装维护设备技术与产业开发》(项目编号：2008BAJ09B06),本课题旨在研发一种新型履带式蜘蛛高空作业平台。该平台采用专用履带底盘取代通用汽车底盘,克服了车载式高空作业平台仅能在室外硬化路面上工作的局限性。在广泛吸收国内外先进机型底盘优点的基础上,完成了高空作业平台履带式底盘的初始设计。根据相关标准,对履带式蜘蛛高空作业平台整机进行支腿反力及稳定系数计算,得到车架与支腿的受力及危险工况；利用MATLAB软件编程,绘制出支反力、油缸力以及稳定系数变化规律曲线,以此来评价整机的稳定性和安全性。结果表明：在正常工作区域(支腿摆角δ=48°)内,支腿反力值均大于0,作业稳定系数均大于1,满足整机工作稳定性要求。建立有限元模型,对车架和支腿分别进行静力学分析,得出各种典型工况下车架和支腿的变形和应力分布规律。基于能量原理,推导出折臂和负载的等效质量计算公式。并以等效质量代替折臂和负载,建立高空作业平台变幅启制动过程瞬态动力学有限元模型,得到动载作用下车架结构的动态响应。动态和静态分析反映出车架和支腿满足设计要求。在满足工程应用要求的前提下,优化车架发动机座和下支腿的结构参数,得到了优化的尺寸,使其结构重量降低,受力状况明显改善。最终设计出高效、强适应性、满足结构强度和稳定性要求的履带式高空作业平台底盘,达到总体设计要求。通过本文研究,给出一套完整的结构设计—动力学分析—优化设计方案,为机械结构动态性能的提高做出了有益的探索。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题意义
• 1.2 国内外高空作业平台发展现状及趋势
• 1.2.1 发展现状
• 1.2.2 发展趋势
• 1.3 结构动态分析设计研究现状
• 1.4 研究内容、方法及结果
• 1.5 小结
• 第二章 履带式底盘参数选择与结构设计
• 2.1 整机结构概述
• 2.2 底盘总体设计
• 2.2.1 行走装置牵引性能计算及元件选型
• 2.2.2 底盘总成结构设计
• 2.3 支腿设计
• 2.3.1 支腿方案与参数选择
• 2.3.2 支腿反力计算
• 2.3.3 支腿座关键尺寸确定
• 2.3.4 支腿收放时间计算
• 2.3.5 支腿油缸受力分析
• 2.4 回转机构选型校核
• 2.4.1 回转支承校核
• 2.4.2 回转时间计算
• 2.5 整机稳定性计算
• 2.5.1 载荷的确定
• 2.5.2 工况分析与编程计算
• 2.6 小结
• 第三章 底盘车架及支腿有限元分析
• 3.1 底盘车架静力学分析
• 3.1.1 车架受力分析及危险工况的确定
• 3.1.2 建立有限元模型
• 3.1.3 约束与载荷处理
• 3.1.4 结果处理与分析
• 3.2 支腿静力学分析
• 3.2.1 支腿受力分析及危险工况确定
• 3.2.2 建立有限元模型
• 3.2.3 边界条件及结果分析
• 3.3 关节支腿接触分析
• 3.3.1 关节齿有限元模型的建立
• 3.3.2 定义边界条件和接触对
• 3.3.3 查看结果及分析
• 3.4 底盘动力学分析
• 3.4.1 动力学模型的建立
• 3.4.2 瞬态动力学建模及分析
• 3.5 小结
• 第四章 发动机座及下支腿优化设计
• 4.1 发动机座优化设计
• 4.1.1 优化模型的建立与求解
• 4.1.2 结果及分析
• 4.2 支腿优化设计
• 4.2.1 下支腿受力分析
• 4.2.2 优化模型的建立与求解
• 4.2.3 结果及分析
• 4.3 小结
• 第五章 总结与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢