叠置式正铲装置挖掘力的研究

论文摘要

本文对叠置正铲液压挖掘机的工作装置在四个主要工况的运动和挖掘力进行了较深入的理论研究,并在此基础上提出了一系列改进的分析方法。在运动分析方面,由于复数表示的平面构件在进行点的坐标转换时较直观,并且点坐标的复数表示同构件的空间位置和构件的运动速度直接相关,因此本文采用基于复数表示的叠置装置机构和运动规律分析方法,对四种工况的运动展开了较全面的分析,并建立较完备的运动方程表达式。特别针对叠置机构所特有的牵连运动这一分析难点,采用了层层求导的分析思路对各工况下的牵连运动进行了较深入的理论分析。在挖掘力的计算方面,本文提出了一种改进的挖掘力计算方法——动能定理法。该方法从能量转换的角度出发来理解挖掘过程,将挖掘阻力所作负功视为挖掘阻力对系统能量的吸收,建立了液压缸动态最大理论挖掘力计算数学模型。用该方法不但可以求得最大动态挖掘力,还可以将不同类型力的功率区分开来,从而得到各种理论挖掘力的计算值。本文用两种流程对各挖掘力进行计算,即单向搜索流程和全局搜索流程,并同时采用动能定理法和力矩平衡法按单向搜索流程计算各类液压缸挖掘力。作者认为在有液压缸浮动的工况时系统不处于静力平衡状态,因此工作装置在非浮动工况下建立的力矩平衡方程失效,而动能定理则依然适用。本文以所建立的模型对某70t级叠置式正铲液压挖掘机的挖掘力进行了计算,该计算结果更接近国外同类型机型制造厂家所公布的结果。由此说明了动能定理法是一种具有普遍意义的挖掘力计算方法。对于全局搜索流程,与传统挖掘图的绘制流程类似,表现为按一定的循环嵌套改变各组液压缸的长度,以完成所有挖掘姿态下的挖掘力计算。本文对四个工况都进行了全局搜索的挖掘图绘制。最后,为了能够立体的表现挖掘机的挖掘性能,本文提出了基于液压缸坐标、液压缸空间和挖掘空间概念的点阵图表示法,借助该图不仅可以展示各工况的挖掘力情况,还可使分析人员对各种限制空间和可挖掘空间有一个立体的认识,从而有助于从全局的角度把握挖掘机在整个液压缸空间的挖掘情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 挖掘机的应用与发展方向
• 1.2 我国挖掘机的发展现状
• 1.2.1 市场现状
• 1.2.2 研究现状
• 1.3 液压挖掘机工作装置研究的重要性
• 1.4 本文研究的主要工作及创新
• 1.4.1 本文的主要创新点
• 1.4.2 本文的主要工作
• 2 叠置正铲装置的机构和运动分析
• 2.1 引言
• 2.2 叠置正铲装置的机构分析
• 2.3 构件位置表示
• 2.3.1 复数在机构分析中的应用
• 2.3.2 构件向量的建立
• 2.4 工作装置绕平行轴运动合成
• 2.5 四个典型工况介绍
• 2.6 运动分析
• 2.6.1 工况一
• 2.6.2 工况二
• 2.6.3 工况三
• 2.6.4 工况四
• 2.6.5 V 点在四个工况的运动情况
• 2.7 小结
• 3 力矩平衡法计算叠置装置的挖掘力
• 3.1 引言
• 3.2 力矩平衡法
• 3.2.1 铲斗液压缸单独挖掘——工况一
• 3.2.2 斗杆液压缸挖掘——工况二、三、四
• 3.3 小结
• 4 基于动能定理的挖掘力计算
• 4.1 引言
• 4.2 常用动力学计算方法
• 4.3 基于动能定理的挖掘力数学模型的建立
• 4.3.1 动能定理的特点及与挖掘力计算的理论联系
• 4.3.2 用动能定理分析最大动态挖掘力
• 4.4 挖掘力计算过程
• 4.5 小结
• 5 动能定理法和力矩平衡法的比较
• 5.1 引言
• 5.2 Matlab 软件介绍
• 5.3 两种计算方法在四个工况的分别比较——单向搜索
• 5.3.1 工况一
• 5.3.2 工况二
• 5.3.3 工况三
• 5.3.4 工况四
• 5.4 动能定理法的意义
• 5.5 小结
• d'>6 全局分析动态挖掘力F_d
• 6.1 引言
• 6.2 全局分析
• 6.2.1 全局搜索
• 6.2.2 点阵图
• 6.3 挖掘图——全局搜索
• 6.3.1 工况一
• 6.3.2 工况二
• 6.3.3 工况三
• 6.3.4 工况四
• 6.4 小结
• 7 软件开发
• 7.1 引言
• 7.2 Labview 软件及其与 Matlab 软件接口介绍
• 7.3 程序的功能及界面介绍
• 7.4 参数输入部分
• 7.5 挖掘分析部分
• 7.6 小结
• 8 全文总结
• 8.1 研究总结
• 8.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录