平地机工作装置的位置分析及虚拟样机研究

论文摘要

平地机是一种高速、高效、高精度和多用途的土方工程机械，广泛应用于公路、机场、农田等大面积的地面平整作业，随着工程机械、建筑工程、高速铁路等行业的快速发展，平地机将会越来越多的应用于各领域。工作装置是工程机械最直接、最重要的工作受力部件，但国内外对其研究主要集中在装载机、挖掘机等少数机种上，对于平地机工作装置的直接研究很少，尤其对它进行空间机构位置分析、运动学和动力学研究以及铰点优化设计方面的文献资料更少，因此本课题对改善工作装置的稳定性、可靠性和工作装置的运动学性能具有重要意义。本文基于某型平地机实例和空间机构学理论，根据平地机的结构特点和作业方式，对混联机构工作装置模型进行简化，确定该机构由一个少自由度并联机构和一个组合平面机构组成，应用数值分析法对少自由度并联机构进行位置正解分析，并结合ADAMS软件建立虚拟样机对其进行正解计算；采用Pro/E软件建立平地机工作装置三维模型，并将该模型成功导入ADAMS仿真环境，建立起虚拟样机仿真模型；结合四种典型作业方式对工作装置的各项运动学参数进行仿真分析和验证，仿真结果均在允许范围之内；确定工作装置的动力学仿真工况，对虚拟样机模型进行了动力学仿真分析，得到了各个关键工作铰点的受力特性曲线；在ADAMS中对少自由度并联机构重新建模，并以最大入地深度为优化目标，对少自由度并联机构上的关键铰点位置进行优化，从而得到合理的结构，提高了运动轨迹合理性，改善了工作装置的运动学性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 平地机发展概况
• 1.2 平地机工作装置的结构与工作原理
• 1.3 平地机工作装置的国内外研究现状
• 1.4 课题提出的背景和意义
• 1.5 本文的研究方法及主要内容
• 第二章 平地机工作装置空间结构简化与位置分析
• 2.1 平地机工作装置机构简化
• 2.2 平地机工作装置机构分解
• 2.2.1 基于典型作业方式的工作装置机构分解分析
• 2.2.2 基于螺旋理论的并联机构的自由度分析
• 2.3 平地机工作装置的位置分析
• 2.3.1 少自由度并联机构Ⅰ位置正解分析
• 2.3.2 组合平面机构Ⅱ的位置分析
• 2.4 平地机工作装置工作空间分析与讨论
• 2.5 本章小结
• 第三章 平地机工作装置虚拟样机模型的建立
• 3.1 虚拟样机技术概述
• 3.1.1 虚拟样机技术基本概念
• 3.1.2 虚拟样机技术的发展及应用现状
• 3.2 Pro/E 与 ADAMS 联合仿真研究步骤
• 3.3 Pro/E 与 ADAMS 之间的数据转换
• 3.4 平地机工作装置虚拟样机模型的建立
• 3.5 平地机工作装置虚拟样机模型约束的添加
• 3.6 平地机工作装置虚拟样机模型导入 ADAMS 软件
• 3.7 平地机工作装置虚拟样机模型驱动的添加
• 3.8 本章小结
• 第四章 平地机工作装置的运动学仿真分析
• 4.1 平地机工作装置的运动过程举例分析
• 4.2 平地机工作装置在典型作业方式下运动学仿真
• 4.2.1 铲刀刮土直移作业方式运动学仿真分析
• 4.2.2 铲刀刮土侧移作业方式运动学仿真分析
• 4.2.3 刀角铲土侧移作业方式运动学仿真分析
• 4.2.4 机外刮土作业方式运动学仿真分析
• 4.3 运动学仿真过程中部件的干涉检查讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 平地机工作装置的动力学仿真分析
• 5.0 平地机工作装置动力学虚拟样机的建立
• 5.1 动力学仿真工况的确定
• 5.2 平地机工作装置牵引架动力学仿真分析
• 5.3 平地机工作装置连杆叉动力学仿真分析
• 5.4 平地机工作装置摆架动力学仿真分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 平地机工作装置铰点的优化设计
• 6.1 优化设计方案的提出
• 6.1.1 优化工具的选取
• 6.1.2 具体方案提出
• 6.2 少自由度并联机构铰点优化设计
• 6.2.1 机构的最优化设计理论
• 6.2.2 简化模型的建立及确定设计变量
• 6.2.3 定义目标函数
• 6.2.4 确定约束条件
• 6.2.5 仿真优化过程及结果分析
• 6.2.6 优化设计及结果分析
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢