大型矿用挖掘机结构与控制优化
发布时间：2021-01-17 16:38
大型矿用挖掘机工作效率高、施工稳定性好、环境适应能力强,一直被广泛应用于煤矿、铁矿等露天矿场的作业中。但是长期以来挖掘机的操作完全依赖工人经验,不仅挖掘效率低,而且挖掘能耗高。因此针对大型矿用挖掘机的优化设计已逐渐成为各国相关研究机构的研究热点。传统的挖掘机优化设计主要是针对前端工作机构的轻量化设计,以主要机械结构尺寸为设计变量,以重量为优化目标,以应力和疲劳寿命为约束条件;而控制优化上,多是在取得最优结构之后,进行最优控制设计。这种设计方法往往只能实现结构设计或控制参数的局部最优,而不能实现二者同时最优。因此,本文提出了一种挖掘能耗最低、挖掘效率最高的优化方法,并在综合考虑矿场料堆堆角分布的基础上,对挖掘机前端工作装置结构参数和控制参数进行了一体化优化设计。本文主要研究内容如下:首先,深入研究了挖掘过程中铲斗与被挖掘物料之间相互作用阻力特性,并综合考虑了物料和铲斗重力、铲斗与物料间的摩擦力以及挖掘速度和铲斗两侧物料对挖掘阻力的影响,构建了一种大型矿用挖掘机的动态挖掘阻力计算模型。通过与实际挖掘阻力进行对比,此模型具有较高精度,可以满足后续挖掘机的优化设计需求。其次,深入研究了大型矿用...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 挖掘阻力的研究现状
1.2.2 挖掘轨迹的研究现状
1.2.3 结构优化的研究现状
1.3 本文的研究内容和安排
2 铲斗与物料相互作用的力学特性研究
2.1 引言
2.2 基于离散元的挖掘阻力计算
2.2.1 设置接触参数
2.2.2 颗粒模型的建立
2.2.3 定义几何体
2.2.4 定义铲斗运动
2.2.5 颗粒工厂设置
2.2.6 仿真运算
2.2.7 结果分析
2.3 基于解析法的载荷计算
2.3.1 铲斗与挖掘物料的作用原理
2.3.2 McKyes阻力计算模型
2.3.3 铲斗侧壁对挖掘阻力的影响
2.3.4 挖掘速度对挖掘阻力的影响
2.3.5 挖掘阻力模型
2.4 工作装置受力分析
2.5 挖掘阻力测试
2.6 本章小结
3 前端工作装置数学模型分析
3.1 引言
3.2 前端工作装置的组成与简化
3.2.1 前端工作装置的组成
3.2.2 工作装置的简化
3.3 挖掘机挖掘轨迹理论探讨
3.3.1 对数螺旋线挖掘轨迹数学模型
3.3.2 机构运动学轨迹方程
3.4 前端工作机构位置参数分析
3.4.1 切削角数学模型
3.4.2 后角β的确定
3.5 挖掘过程数学模型
3.5.1 挖掘深度的计算
3.5.2 挖掘体积的计算
3.6 本章小结
4 基于遗传算法的控制参数优化
4.1 引言
4.2 遗传算法的原理
4.3 挖掘能耗计算模型
4.4 挖掘轨迹对能耗的影响
4.5 最优数学模型的建立
4.6 基于分段函数速度曲线的控制参数优化
4.6.1 目标函数的确定
4.6.2 设计变量的确定
4.6.3 约束条件的确定
4.6.4 分段曲线优化结果
4.7 基于插值速度曲线的控制参数优化
4.7.1 目标函数的确定
4.7.2 设计变量的确定
4.7.3 约束条件的确定
4.7.4 插值曲线优化结果
4.8 小结
5 挖掘机的结构与轨迹优化
5.1 引言
5.2 结构尺寸参数的影响
5.3 结构与控制参数优化数学模型
5.3.1 目标函数
5.3.2 设计变量
5.3.3 约束条件
5.4 结果分析
5.5 本章小结
6 结论
6.1 研究内容总结
6.2 论文创新点
6.3 存在的问题及研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法的机械式挖掘机工作装置优化[J]. 王澔潼,苏丽达,黄婷婷,申军立. 建筑机械. 2016(08)
[2]自主挖掘的平滑连续特性轨迹规划研究[J]. 李海虹,林贞国. 中国工程机械学报. 2016(02)
[3]露天采矿技术及其采矿设备的发展思考[J]. 段鹏. 企业技术开发. 2015(36)
[4]挖掘机自主挖掘分段可变阶多项式轨迹规划[J]. 李海虹,林贞国,杜娟,陈志恢. 农业机械学报. 2016(04)
[5]大型液压挖掘机斗杆挖掘阻力的离散元素法研究[J]. 陈烨,李爱峰,李光,谭磊,陈永春,佘翊妮,宁晓斌. 机电工程. 2015(06)
[6]采用粒子群优化算法的液压挖掘机高效空中运动轨迹规划方法[J]. 孙祥云,邵辉,赵家宏. 华侨大学学报(自然科学版). 2014(05)
[7]挖掘机提升系统的动载荷计算[J]. 林贵瑜,李杰,连晋华,任月龙. 东北大学学报(自然科学版). 2014(07)
[8]WK-75型矿用挖掘机铲斗性能仿真与结构优化[J]. 侯亚娟,王国强,王吉生,李爱峰. 矿山机械. 2014(07)
[9]离散元法及其在铲斗设计中的应用[J]. 侯亚娟,王吉生,李爱峰,李婧锡. 工程机械. 2014(04)
[10]机械式单斗挖掘机挖掘阻力模拟[J]. 林贵瑜,李爱峰,肖斌,任举鹏. 矿山机械. 2014(04)
博士论文
[1]反铲液压挖掘机挖掘性能实验及理论研究[D]. 任志贵.重庆大学 2014
[2]大型矿用挖掘机设计关键技术研究[D]. 郝万军.吉林大学 2014
[3]巨型电铲新型工作机构性能研究[D]. 韦宝琛.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]WK-75矿用挖掘机前端工作机构刚柔耦合性能研究及优化[D]. 邹昊.太原理工大学 2016
[2]机械式矿用挖掘机动臂结构优化设计研究[D]. 邸丽伟.吉林大学 2013
[3]机械式挖掘机工作装置机构性能研究与优化设计平台研发[D]. 申军立.吉林大学 2013
[4]遗传算法的研究与应用[D]. 王银年.江南大学 2009
[5]基于遗传算法的BP神经网络在多目标优化中的应用研究[D]. 朱文龙.哈尔滨理工大学 2009
[6]大型矿用挖掘机工作装置的参数化设计研究[D]. 王水林.吉林大学 2008
本文编号：2983224
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 挖掘阻力的研究现状
1.2.2 挖掘轨迹的研究现状
1.2.3 结构优化的研究现状
1.3 本文的研究内容和安排
2 铲斗与物料相互作用的力学特性研究
2.1 引言
2.2 基于离散元的挖掘阻力计算
2.2.1 设置接触参数
2.2.2 颗粒模型的建立
2.2.3 定义几何体
2.2.4 定义铲斗运动
2.2.5 颗粒工厂设置
2.2.6 仿真运算
2.2.7 结果分析
2.3 基于解析法的载荷计算
2.3.1 铲斗与挖掘物料的作用原理
2.3.2 McKyes阻力计算模型
2.3.3 铲斗侧壁对挖掘阻力的影响
2.3.4 挖掘速度对挖掘阻力的影响
2.3.5 挖掘阻力模型
2.4 工作装置受力分析
2.5 挖掘阻力测试
2.6 本章小结
3 前端工作装置数学模型分析
3.1 引言
3.2 前端工作装置的组成与简化
3.2.1 前端工作装置的组成
3.2.2 工作装置的简化
3.3 挖掘机挖掘轨迹理论探讨
3.3.1 对数螺旋线挖掘轨迹数学模型
3.3.2 机构运动学轨迹方程
3.4 前端工作机构位置参数分析
3.4.1 切削角数学模型
3.4.2 后角β的确定
3.5 挖掘过程数学模型
3.5.1 挖掘深度的计算
3.5.2 挖掘体积的计算
3.6 本章小结
4 基于遗传算法的控制参数优化
4.1 引言
4.2 遗传算法的原理
4.3 挖掘能耗计算模型
4.4 挖掘轨迹对能耗的影响
4.5 最优数学模型的建立
4.6 基于分段函数速度曲线的控制参数优化
4.6.1 目标函数的确定
4.6.2 设计变量的确定
4.6.3 约束条件的确定
4.6.4 分段曲线优化结果
4.7 基于插值速度曲线的控制参数优化
4.7.1 目标函数的确定
4.7.2 设计变量的确定
4.7.3 约束条件的确定
4.7.4 插值曲线优化结果
4.8 小结
5 挖掘机的结构与轨迹优化
5.1 引言
5.2 结构尺寸参数的影响
5.3 结构与控制参数优化数学模型
5.3.1 目标函数
5.3.2 设计变量
5.3.3 约束条件
5.4 结果分析
5.5 本章小结
6 结论
6.1 研究内容总结
6.2 论文创新点
6.3 存在的问题及研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法的机械式挖掘机工作装置优化[J]. 王澔潼,苏丽达,黄婷婷,申军立. 建筑机械. 2016(08)
[2]自主挖掘的平滑连续特性轨迹规划研究[J]. 李海虹,林贞国. 中国工程机械学报. 2016(02)
[3]露天采矿技术及其采矿设备的发展思考[J]. 段鹏. 企业技术开发. 2015(36)
[4]挖掘机自主挖掘分段可变阶多项式轨迹规划[J]. 李海虹,林贞国,杜娟,陈志恢. 农业机械学报. 2016(04)
[5]大型液压挖掘机斗杆挖掘阻力的离散元素法研究[J]. 陈烨,李爱峰,李光,谭磊,陈永春,佘翊妮,宁晓斌. 机电工程. 2015(06)
[6]采用粒子群优化算法的液压挖掘机高效空中运动轨迹规划方法[J]. 孙祥云,邵辉,赵家宏. 华侨大学学报(自然科学版). 2014(05)
[7]挖掘机提升系统的动载荷计算[J]. 林贵瑜,李杰,连晋华,任月龙. 东北大学学报(自然科学版). 2014(07)
[8]WK-75型矿用挖掘机铲斗性能仿真与结构优化[J]. 侯亚娟,王国强,王吉生,李爱峰. 矿山机械. 2014(07)
[9]离散元法及其在铲斗设计中的应用[J]. 侯亚娟,王吉生,李爱峰,李婧锡. 工程机械. 2014(04)
[10]机械式单斗挖掘机挖掘阻力模拟[J]. 林贵瑜,李爱峰,肖斌,任举鹏. 矿山机械. 2014(04)
博士论文
[1]反铲液压挖掘机挖掘性能实验及理论研究[D]. 任志贵.重庆大学 2014
[2]大型矿用挖掘机设计关键技术研究[D]. 郝万军.吉林大学 2014
[3]巨型电铲新型工作机构性能研究[D]. 韦宝琛.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]WK-75矿用挖掘机前端工作机构刚柔耦合性能研究及优化[D]. 邹昊.太原理工大学 2016
[2]机械式矿用挖掘机动臂结构优化设计研究[D]. 邸丽伟.吉林大学 2013
[3]机械式挖掘机工作装置机构性能研究与优化设计平台研发[D]. 申军立.吉林大学 2013
[4]遗传算法的研究与应用[D]. 王银年.江南大学 2009
[5]基于遗传算法的BP神经网络在多目标优化中的应用研究[D]. 朱文龙.哈尔滨理工大学 2009
[6]大型矿用挖掘机工作装置的参数化设计研究[D]. 王水林.吉林大学 2008
本文编号：2983224
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/kuangye/2983224.html
