一种新型正铲液压挖掘装置的运动学和动力学分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com第51卷第1期机械工程学报VO1．51NO．12015年1月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJan．2015DoI：10．3901／JME．2015．01．060一种新型正铲液压挖掘装置的运动学和动力学分析水丁华锋，2，刘征刘帅王成龙(1．燕山大学工业计算机控制工程河北省重点实验室秦皇岛066004；2．燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室秦皇岛066004；3．燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室秦皇岛066004)摘要：提出一种可有效增大铲斗液压缸的推力和行程的新型正铲液压挖掘装载

2、装置。通过对机构自由度分析，验证了该工作装置满足挖掘机铲斗作业要求的一个转动自由度和两个移动自由度。基于模块化图形组态和运动链环路理论，建立该机构的运动学分析流程图，并根据流程图对新型机构进行运动学特性分析。采用数值验证的方法给出五组数值算例，通过运动学正解和反解分析结果的对比，验证了分析方法的可靠性和准确性。基于凯恩方法对该新型机构进行动力学分析，将驱动力等效为关节转矩，推导并建立了动力学数学模型。参考卡特彼勒矿用正铲挖掘机的相关尺寸，给定该新型正铲液压挖掘装载装置的结构参数，基于Matlab分别在空载和变阻力情况下对挖掘机水平作业工况下进行动力学仿真研究，结

3、果验证了动力学模型的准确性。研究结果为该新型机构的设计和应用提供了重要的理论依据。关键词：正铲装载装置；运动学分析；凯恩方法；动力学分析中图分类号：THl12KinematicsandDynamicsAnalysisofanInnovativeFace—shovelHydraulicExcavatorinMiningDINGHuafeng，’LIUZhengLIUShuaiWANGChenglong(1．KeyLabofIndustrialComputerControlEngineeringofHebeiProvince，YanshanUniversity,Qi

4、nhuangdao066004；2．LaboratoryofAdvancedForging&StampingTechnologyandScienceofMinistryofEducation．YanshanUniversity,Qinhuangdao066004；3．HebeiProvincialKeyLaboratoryofParallelRobotandMechatronicSystem，YanshanUniversity,Qinhuangdao066004)Abstract：Anewface‘shovelhydraulicexcavatorispropos

5、ed，whichcaneffectivelyincreasethethrustandstrokeofthebucketcylinder．Byanalyzingthedegreesoffreedomoftheworkingdevice，theresultshowsthatthedegreesoffreedomaretwotranslationsandonerotationonaplane，whichCanmeettherequirementsofface—shovelexcavators．Basedonthegraphicalmodularizationandlo

6、opalgebratheory,auniversalmechanicalkinematicsanalysisflowdiagramisestablished，withwhichthekinematicsofthemechanismisinvestigated．Bynumericalanalysismethod，fivenumericalexamplesaregiventoverifythecorrectnessofkinematicsanalysis．Comparativeanalysesoftheresultsshowthatthealgorithmisrel

7、iableandaccurate．BasedonKane’Smethodandtheequivalenttorqueprinciple，thedynamicsanalysesofthenew—typemechanismareconducted，andthedynamicmamematica1modelisdeducedandestablished．Referringtodimensionparametersoftheca【erpmarface-shovelexcavator,thestructuralparametersofthenewhydraulicface

8、-shovelexcav