液压挖掘机工作装置优化及作业性能研究

论文摘要

液压挖掘机作为一种重要的土方工程机械,在房屋建设、市政工程、管道铺设、园林栽培、矿山采掘作业、国防工事以及农田水利建设等土方施工中有着广泛的应用。其工作装置的作业性能是整机设计水平的重要标志。本文针对液压挖掘机反铲工作装置设计中存在的共性问题,结合国家863课题及企业科研攻关课题,对液压挖掘机工作装置的作业性能进行了分析,并对工作装置运动学和动力学综合优化等关键技术进行了系统研究。在VB6.0环境下,编写了“反铲液压挖掘机通用作业性能分析及优化软件”,主要工作如下:综述了液压挖掘机的发展概况及其工作装置国内外研究现状,对挖掘机的市场及发展前景进行了分析,并对比进口挖掘机分析了国产挖掘机的不足。建立了挖掘机工作装置运动学和动力学模型,在VB6.0环境下针对挖掘机工作装置的运动学和动力学问题编写了计算模块,给出了计算结果;利用试验与理论相结合的方法建立了挖掘机工作装置三维实体模型,并在ADAMAS中进行了仿真,其结果与计算结果相吻合。建立了挖掘机工作装置的力学模型,分析了各限制因素对整机作业性能的影响情况。在对液压挖掘机工作装置运动学和力学分析的基础上,开发了工作装置作业性能可视化软件,实现了挖掘图谱的程序化绘制。挖掘图谱是评价挖掘机工作装置设计合理性的重要手段之一,它能够综合反映出斗齿尖挖掘力、液压泵的功率利用率以及三组液压缸的匹配情况。对挖掘机特殊作业姿态下的整机挖掘力与工作液压缸压力进行了同步测试,根据测试结果对分析软件进行了修正,并验证了整机挖掘力数学模型的准确性和软件分析的可靠性。以特定区域作业性能为优化目标,工作装置的运动性能和力学性能为约束条件建立了优化设计数学模型,采用遗传算法对SWE85型反铲液压挖掘机工作装置进行了优化,修正了原设计的缺陷,提高了整机作业性能。本文对液压挖掘机工作装置优化和作业性能分析关键技术的研究,发展了液压挖掘机的设计和优化理论,对提高液压挖掘机的设计水平有着重要的应用价值和指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 液压挖掘机的发展概况
• 1.1.1 国外发展概况
• 1.1.2 国内发展概况
• 1.2 课题来源与论文研究的主要内容
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 研究的主要内容与技术路线
• 1.2.3 论文研究的现实意义
• 第二章 工作装置运动学、重心及动力学建模
• 2.1 引言
• 2.2 连杆变换矩阵
• 2.2.1 广义连杆及坐标系建立
• 2.2.2 广义变换矩阵
• 2.3 运动学模型的建立与求解
• 2.3.1 运动学模型的建立
• 2.3.2 运动学逆解
• 2.4 工作装置空间转换与运动分析
• 2.4.1 动臂的空间转换与运动分析
• 2.4.2 斗杆的空间转换与运动分析
• 2.4.3 铲斗的空间转换与运动分析
• 2.5 重心位置模型的建立与求解
• 2.6 动力学模型的建立与求解
• 2.6.1 等效原则
• 2.6.2 基于等效原则的动力学模型
• 2.7 本章小结
• 第三章 挖掘力数学模型的建立与分析
• 3.1 引言
• 3.2 工作液压缸理论挖掘力模型
• 3.2.1 斗杆挖掘时斗杆液压缸的理论挖掘力
• 3.2.2 铲斗挖掘时铲斗液压缸的理论挖掘力
• 3.3 整机理论挖掘力
• 3.3.1 斗杆挖掘时的整机理论挖掘力
• 3.3.2 铲斗挖掘时的整机理论挖掘力
• 3.4 挖掘阻力分析
• 3.4.1 斗杆挖掘阻力的计算
• 3.4.2 铲斗挖掘阻力的计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 作业性能的图谱分析
• 4.1 引言
• 4.2 包络图的绘制
• 4.3 整机理论挖掘力图谱的绘制与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 挖掘力的分析与实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验目的与内容
• 5.3 实验条件
• 5.3.1 压力传感器的选用
• 5.3.2 液压测试仪器的选用
• 5.3.3 测力仪器的选用
• 5.4 试验过程与数据处理
• 5.4.1 工作压力与闭锁压力的测定
• 5.4.2 工作部件角速度以及角加速度的计算
• 5.4.3 挖掘力的测定
• 5.5 本章小结
• 第六章 工作装置综合优化
• 6.1 引言
• 6.2 优化设计概述
• 6.3 工作装置优化设计数学模型
• 6.3.1 设计变量
• 6.3.2 目标函数的建立
• 6.3.3 约束条件的建立
• 6.4 遗传算法
• 6.5 工作装置优化设计实例
• 6.6 本章小结
• 第七章 作业性能分析与优化软件的研制
• 7.1 软件功能介绍
• 7.2 软件界面及模块介绍
• 7.3 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 附录A 试验挖掘机基本参数
• 附录B 土壤及挖掘特性参数
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果
• 攻读硕士学位期间发表及录用论文情况
• 攻读硕士学位期间获得的奖励