正铲液压挖掘机工作装置的运动学分析及优化设计

发布时间：2017-09-14 18:07

  本文关键词：正铲液压挖掘机工作装置的运动学分析及优化设计

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【摘要】：鉴于大型工程机械在生产实际中发挥着越来越重要的作用,本文以一种12杆3自由度大型正铲液压挖掘机为研究对象,对工作装置进行运动学分析及优化设计。为该机构的深入研究提供了理论依据。首先,利用制图软件对正铲液压挖掘机进行建模,基于D-H法对工作装置进行运动学分析得到其主要工作参数。然后将建立好的三维模型导入ADAMS软件中,为其添加合适的约束以及对应的驱动函数后对工作装置进行运动学仿真,得到其主要工作参数及挖掘区域包络图。将仿真值与理论分析值进行对比,验证了理论分析的正确性。然后,以工作装置的铰点位置参数为设计变量,以斗杆以及铲斗液压缸单独挖掘所需提供驱动力为优化目标函数,再添加适当的约束函数后,基于MATLAB遗传算法工具箱对正铲液压挖掘机工作装置进行优化设计,经过几代遗传之后,得到优化后的设计变量。最后,根据优化后的铰点位置参数利用三维软件对正铲液压挖掘机工作装置进行三维建模,再基于ADAMS仿真分析软件对工作装置进行运动学分析,得到工作装置优化后的挖掘区域包络图以及它的主要工作参数。基于MATLAB分析软件对斗杆单独挖掘工况以及铲斗单独挖掘工况液压缸所需提供驱动力进行仿真分析,分析对比图形和数据可以得到优化后的液压缸所需提供驱动力减小,挖掘机工作装置优化后的性能得到了很好的提高。
【关键词】：正铲液压挖掘机 运动学分析 遗传算法 优化设计 仿真验证
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU621
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外液压挖掘机发展状况9-14
• 1.2.1 液压挖掘机的发展历程9-10
• 1.2.2 国外液压挖掘机发展状况10
• 1.2.3 国内液压挖掘机发展状况10-12
• 1.2.4 正铲液压挖掘机的发展状况12-14
• 1.3 国内外液压挖掘机工作装置研究现状14-16
• 1.3.1 国外液压挖掘机工作装置研究现状14-15
• 1.3.2 国内液压挖掘机工作装置研究现状15-16
• 1.4 本文研究的主要内容16-18
• 第二章 挖掘机工作装置三维模型的建立及基于D-H法的运动学分析18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 基于SOLIDWORKS的挖掘机三维模型的建立18-23
• 2.2.1 SOLIDWORKS软件简介18-19
• 2.2.2 工作装置零件三维模型的建立19-22
• 2.2.3 工作装置装配模型的建立22-23
• 2.3 基于D-H法的运动学求解23-27
• 2.3.1 基于D-H法的运动学建模23-25
• 2.3.2 主要工作尺寸求解25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 基于ADAMS的挖掘机工作装置运动学仿真28-38
• 3.1 液压挖掘机工作装置虚拟样机的建立28-33
• 3.1.1 基于ADAMS建立工作装置虚拟样机模型28-31
• 3.1.2 工作装置添加约束与驱动31-33
• 3.2 运动学仿真在ADAMS中的实现步骤33-34
• 3.3 虚拟样机模型运动学仿真34-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 液压挖掘机工作装置优化设计38-56
• 4.1 优化设计概述38-41
• 4.1.1 优化设计的基本概念38
• 4.1.2 优化设计步骤38-41
• 4.2 挖掘机工作装置优化设计的原则41-42
• 4.3 工作装置的优化数学模型的建立42-48
• 4.3.1 目标函数的建立42-46
• 4.3.2 确定设计变量46
• 4.3.3 确定约束条件46-48
• 4.4 优化方法的分类和选择48-51
• 4.4.1 优化方法分类48-49
• 4.4.2 优化方法的选择49-51
• 4.5 基于遗传算法工具箱的工作装置优化设计51-53
• 4.6 本章小结53-56
• 第五章 优化后挖掘机工作装置性能对比56-62
• 5.1 引言56
• 5.2 优化后的挖掘机三维模型56
• 5.3 优化后基于ADAMS的工作空间分析56-58
• 5.4 优化前后挖掘机工作装置性能对比58-60
• 5.4.1 斗杆单独挖掘工况性能对比58-59
• 5.4.2 铲斗单独挖掘工况性能对比59-60
• 5.5 本章小结60-62
• 第六章 全文总结及展望62-64
• 6.1 结论62
• 6.2 工作展望62-64
• 参考文献64-68
• 发表论文和参加科研情况68-70
• 致谢70

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本文编号：851502