液压挖掘机工作装置动态特性研究及挖掘力优化设计

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1、学校代码10530学号201230071599分类号TH113密级硕士学位论文液压挖掘机工作装置动态特性研究及挖掘力优化设计学位申请人熊森冰指导教师刘柏希学院名称机械工程学院学科专业机械工程研究方向机械创新与优化设计二〇一五年六月五日TheStudyforDynamicPropertiesandOptimizationDesignforDigForceinHydraulicExcavatorWorkingDeviceCandidateXiongSenbingSupervisorAssociateProfessorLiuB

2、aixiCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramMechanicalEngineeringSpecializationMechanicalinnovationandoptimizationdesignDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune，2015湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的。研巧成果除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，

3、本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：月日ｃＡｄ年＾户／学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行。检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文涉密论

4、文按学校规定处理。作者签名：／占曰期：年Ｘ月＾曰［。么导师签名：对日期：心解句日聲湘潭大学硕士论文摘要液压挖掘机是进行土石方作业的多功能工程机械，在国民经济建设中发挥着举足轻重的作用，工作装置是挖掘机整机的重要组成部件，也是其土石方作业的执行装置，工作装置的作业性能很大程度上反映了挖掘机整机的挖掘性能。在真实的挖掘过程中，由于工作环境恶劣、挖掘对象多变不一且工作负荷复杂，导致工作部件的运动规律和受力规律非常复杂，以及会出现挖掘力不足的情况。基于上述现象，本文以某型号的液压挖掘机为研究对象，对其工作中的动态特

5、性进行了仿真分析，以及铲斗挖掘时的挖掘力进行了优化，主要研究内容如下：（1）分别运用Denavit-Hartenberg奇次坐标变换法、Lagrange法建立了工作装置的T运动学和动力学数学理论模型，得到了关键铰点位置的位移XYZ,,、速度v、加速度a的函数关系式，以及其动力学方程的函数表达式。（2）在PROE中运用经典的bottom-up设计方法，建立了工作装置的三维模型，装配后导入ADAMS建立工作装置的虚拟样机，对多刚体系统的虚拟样机进行运动学以及动力学仿真，得到工作装置的主要作业尺寸参数和关键铰点位置的受力及

6、力矩规律曲线。（3）依托ANSYS有限元分析软件，建立了动臂和斗杆的柔性部件，并对两机构进行约束模态分析，得到了机构的前六阶固有频率以及其相对应的振型图，在ADAMS中进行柔性替换得到工作装置刚柔耦合虚拟样机模型并进行动力学分析，结果表明:刚柔耦合模型的铰点受力曲线与多刚体系统的走向趋势基本一致，在多刚体曲线的基础上成不同幅度的波动，且在有外载荷作用下曲线的波动程度较为明显,并得到动臂机构和斗杆机构在一个作业循环内最大应力位置分别位于动臂与转台铰点附近和斗杆上的铲斗油缸支座位置处。（4）在ADAMS中建立铲斗连杆机构简化

7、的样机参数化模型，以挖掘力即传动比为目标函数进行优化设计。结果表明：连杆机构四个参数化点的纵坐标对目标函数的灵敏度值较大，即对机构传动比的影响程度较大，优化设计后铲斗连杆机构传动比在油缸行程变化很小的范围内从之前的最大值为0.2991提升到0.3788，增大了30.1%，其优化效果较为明显。关键词：液压挖掘机；工作装置；运动学；动力学；刚柔耦合；优化设计I湘潭大学硕士论文AbstractHydraulicexcavatorisamulti-functionalengineeringmachinerydoingearthw

8、orkoperations,itplaysadecisiveroleinnationaleconomicconstruction.Theworkingdeviceisanimportantpartofexcavator,itisalsotheexecutivedeviceintheearthworkoperation