一种新型正铲液压挖掘机工作机构的研究

挖掘机工作机构的创新设计对提高其工作性能,增强市场竞争力具有重要意义.提出一种可有效增强挖掘性能的新型挖掘机构,并研究其性能.基于牛顿-欧拉法对新机构进行力学分析,与现行典型挖掘机构对比,在挖掘阻力最大时所需的挖掘机驱动油缸推力明显降低.基于机构拓扑结构理论分析了该挖掘机工作机构的方位特征(POC)集、自由度和耦合度;基于运动链环路理论对新型机构进行运动学特性分析,环路参数求解中建立含有一个虚拟变量的位置方程验证机构耦合度数值的正确性;通过运动学的数值算例验证分析方法的正确性,得到了工作机构的运动空间与水平挖掘最优的铲斗倾角范围;为保证挖掘机自主挖掘过程平稳连续,结合运动学约束,提出了基于活跃目标点粒子群算法(APSO)的无障碍时间最优的新机构多项式插值轨迹规划.工作对挖掘机新机构的研究和工程应用具有较好的参考价值,对正铲液压挖掘机的创新设计有一定意义.     

液压挖掘机工作机构尺寸对挖掘力发挥的影响

提出一种改变工作机构尺寸对液压挖掘机挖掘力发挥影响的研究方法。针对挖掘作业中的斗杆挖掘和铲斗挖掘工况,选取机重相近的挖掘机的工作机构尺寸进行动臂、斗杆和铲斗影响下的挖掘力分析,应用仿真软件获得各液压缸挖掘力并绘制相应的挖掘力曲线。以相近吨位的某挖掘机为例,验证了工作机构各尺寸对于挖掘力发挥的影响规律。研究结果表明:建立挖掘力计算模型,对比各组挖掘力变化趋势,在斗杆挖掘中,随斗杆尺寸变化,斗杆最大挖掘力变化率达10%;铲斗挖掘中,随铲斗尺寸变化,铲斗最大挖掘力变化率达12%。此分析方法对于工作机构的设计具有重要意义。     

一种新型矿用正铲液压挖掘机的运动学分析

提出一种新型矿用正铲液压挖掘机,其工作装置是一个复杂的多环耦合机构。采用修正的Grübler-Kutzbach公式分析工作装置的自由度,得出该工作装置能够满足正铲作业要求,可以实现两个移动和一个转动。基于运动链环路理论,建立通用的机构运动学分析框图,并且利用该框图对机构进行运动学分析。基于运动学正解分析矿用正铲液压挖掘机的水平挖掘时理论可达的工作空间,得出该机构在水平挖掘时铲斗与地面的倾角为30°~50°时挖掘空间最优,满足挖掘机水平挖掘的作业要求。基于机构运动分析框图对机构进行速度分析,得到液压缸的输入速度与铲斗输出运动之间的雅可比矩阵。最后给出了五组数值算例,对运动学分析进行验证。研究结果为该机构的设计和使用提供重要的理论依据。     

基于不同工作载荷的铲斗结构特性分析

针对挖掘机铲斗在未达到理论寿命之前,便发生严重磨损或断裂等破坏现象的问题,研究了复合挖掘方式对铲斗结构特性的影响。基于工作装置应力特性选择了4种挖掘机典型工况,并分别基于挖掘阻力经验公式、单独挖掘理论挖掘力模型和复合挖掘理论挖掘力模型,计算出了某21 T挖掘机铲斗的工作载荷,采用有限元法计算了铲斗在不同载荷作用下的应力变形情况。研究结果表明:在相同工况下,复合挖掘方式对应更大的铲斗外载荷,同时对应更大的应力和变形;该结果验证了复合挖掘是一种造成铲斗破坏的重要因素这一结论,为挖掘机铲斗结构强度分析和优化设计提供了理论依据。     

液压挖掘机工作装置复合动作时动力学仿真分析

复合动作是液压挖掘机常用的挖掘方式。文中用Pro-E对液压挖掘机进行了三维建模,建立了挖掘机工作装置的虚拟样机。通过对工作装置在复合工作时的动力学分析,得到了挖掘机的动臂、斗杆、铲斗等主要铰接点力的特性曲线,揭示了挖掘机挖掘工作过程中各构件的动力学特性规律,为进一步分析挖掘机的结构特性和应力分布提供了结构件的载荷分布情况,从而为挖掘机的设计提供理论依据。     

铲斗连杆机构的参数优化设计

针对某型液压挖掘机工作装置的铲斗连杆机构,运用ADAMS虚拟样机技术对其进行参数优化设计,在保证铲斗液压油缸行程变化很小的情况下优化该机构的铰点位置,使得铲斗连杆机构的传动比大大提高,从而提高了铲斗挖掘力,优化结果对产品的后续改进设计具有一定的参考价值。     

一种新型正铲液压挖掘装置的运动学和动力学分析

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。     

大型液压挖掘机斗杆挖掘阻力的离散元素法研究

针对由于缺乏铲斗挖掘阻力等关键数据而导致在大型正铲液压挖掘机工作装置、液压系统设计时只能采用类比法而造成整机性能差的问题,对挖掘机斗杆挖掘阻力进行了离散元研究,提出了一套仿真评估方法:运用离散元素法,在EDEM中建立了矿堆模型,通过选择Hertz-Mindlin无滑动接触模型计算了元素间接触力,模拟了大型正铲液压挖掘机斗杆挖掘工况,分析研究了挖掘过程中铲斗所受挖掘阻力。将EDEM中所得挖掘阻力加载到ADAMS挖掘机动力学模型,进行工作装置和液压回路参数校核以及挖掘阻力实验验证。研究结果表明,挖掘阻力的仿真与计算为大型液压挖掘机工作装置和液压系统设计提供了可靠依据。     

挖掘机器人铲斗连杆机构优化研究

在计算理论挖掘力与分析铲斗挖掘时的整机挖掘性能时,铲斗机构的总传动力臂成为制约其性能发挥的关键因素,文中利用遗传算法并结合实际作业时铲斗的工作频谱,对铲斗机构的结构尺寸和铰点位置进行优化,建立了优化数学模型;在保证空间有效作业范围的同时,可以较大程度地增大传动力臂,提高有效挖掘力。并结合某型挖掘机进行改造,验证了优化的有效性,提高了实际挖掘力。     

基于虚拟样机的液压挖掘机工作装置最大挖掘力分析

针对液压挖掘机工作装置挖掘力的分析计算与优化问题,对工作装置在斗杆挖掘工况下的最大挖掘力及工作装置关键铰接点空间位置对其最大挖掘力的影响进行了研究,提出了采用机械系统与液压系统联合仿真的方法,建立了某液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型,分析斗杆油缸以系统最大压力工作,铲斗油缸、动臂油缸闭锁时,在整个挖掘范围内,工作装置的挖掘力图谱,并确定了最大斗杆挖掘力.在此基础上,以最大斗杆挖掘力为设计目标,通过试验设计方法,研究了工作装置机构铰接点空间位置对斗杆挖掘工况下最大挖掘力的影响.研究结果表明,液压挖掘机最大挖掘力达到国外同类产品水平,同时找出了铲斗最大挖掘力位置及数值,为工作装置优化设计和结构强度分析提供了有效依据.     

大型液压挖掘机工作装置设计方法研究

为大型正铲液压挖掘机工作装置的设计与研发,建立了工作装置多刚体运动模型、工作装置刚柔耦合动力学模型、矿石模型,分析了工作装置的运动性能、装置的动态强度、挖掘过程中铲斗所受挖掘阻力,研究了工作装置的工作范围,工作装置在工作范围内挖掘、举升、平推运动情况;模拟了斗杆挖掘工况;基于离散元技术和多体动力学技术,提出了大型液压挖掘机铲斗挖掘阻力计算方法,为挖掘机结构件强度分析和工作装置液压系统设计提供了关键的数据。研究结果表明:液压挖掘机工作装置运动和力学性能达到预定目标,挖掘阻力的计算为工作装置乃至液压系统的设计提供了理论依据。     

基于极限轨迹的挖掘机工作装置动力学分析

针对液压挖掘机工作装置动态特性研究的问题,提出了一种工作装置铰点力动力学分析方法。采用理论挖掘力计算模型,分别计算得到了沿铲斗挖掘与斗杆挖掘两条极限挖掘轨迹上的理论挖掘力分布;通过对工作装置三维模型的合理简化,建立了其动力学仿真模型;通过对比仿真轨迹中最大挖深点与其实际坐标位置,验证了动力学模型的正确性;分别以铲斗挖掘力和斗杆挖掘力为载荷,进行了两条极限挖掘轨迹的动力学仿真。研究结果表明:工作装置铰点力在挖掘过程中随理论挖掘力而进行动态变化;该研究结果为液压挖掘机工作装置动态特性的研究及动应力分析提供了理论基础。     

单斗液压挖掘机铲斗机构量纲一最优化设计方法

介绍了单斗液压挖掘机铲斗机构的量纲一分析方法,在此基础上,建立了铲斗机构量纲一优化设计的数学模型,并介绍了有量纲参数的反求方法.最后以某小型挖掘机的铲斗机构为例进行了量纲一优化设计,并得到最优结果.理论和实例表明了铲斗机构的量纲一最优化方法可得到较少的设计变量和约束,大大提高了优化设计的效率.     

挖掘机铲斗结构优化

采用传统的方法对挖掘机反铲工作装置的铲斗进行结构优化存在工作量大、不精确和不直观等缺点.利用Pro/E三维软件建立WY100C液压挖掘机铲斗实体模型,并应用Pro/Mechanica模块对挖掘机铲斗的设计模型在受最大应力的危险工况下挖掘时进行强度分析和变形分析.在证明了WY100-C挖掘机铲斗的设计满足强度要求前提下,运用参数优化设计的方法对铲斗的结构进行优化,减轻铲斗的重量,改善了铲斗的结构,为挖掘机铲斗的设计改进提供了理论依据,对其它液压挖掘机铲斗的研制开发也有一定的借鉴意义.     

基于工作装置主尺寸变化条件下的反铲挖掘机综合挖掘性能分析

为了实现对液压挖掘机综合挖掘性能的评价,提出一种基于工作装置尺寸变化因素的研究方法。以挖掘范围和挖掘力为研究对象,分别考虑挖掘作业中的斗杆挖掘和铲斗挖掘,选取机重相近的挖掘机的工作装置尺寸并进行动臂、斗杆和铲斗因素下的综合挖掘性能分析,应用仿真软件绘制包络图,并获得挖掘工作尺寸及各液压缸挖掘力。以相近吨位的某挖掘机为例,验证了工作装置各尺寸对于挖掘性能的影响规律。研究结果表明,运用坐标系变换法建立杆件坐标系并计算挖掘包络图,各组仿真的工作尺寸变化趋势与理论相符。建立挖掘力计算模型,对比各组挖掘力变化趋势,在斗杆挖掘中,随斗杆尺寸变化,斗杆最大挖掘力变化率达10.3%;铲斗挖掘中,随铲斗尺寸变化,铲斗最大挖掘力变化率达11.8%。综合挖掘性能分析方法针对工作装置的设计方面具有重要意义。     

应用虚拟样机技术的液压挖掘机仿真分析

利用空间机构学中D-H法和ADAMS软件建立了挖掘机工作装置坐标系及机械仿真模型.通过ADAMS/View中对挖掘机虚拟样机系统的仿真分析,得到了空载挖掘下动臂、铲斗和斗杆之间的速度、加速度关系,并得到液压挖掘机的一些特殊工作尺寸.根据对挖掘阻力的分析,对挖掘机铲斗挖掘时的受力状况进行仿真,得到了各铰接点处的受力情况,为零件的强度分析提供了依据.     

反铲挖掘机铲斗设计及仿真分析研究

在液压挖掘机结构组成中,铲斗是液压挖掘机对物料进行挖掘和装卸的重要工具.在铲斗设计过程中,要保证足够的强度和耐磨性.介绍反铲挖掘机铲斗结构设计原则、铲斗斗形设计、铲斗斗容计算.采取有限元分析仿真优化方法,得到以下结论:在正载有限元分析中,铲斗安全系数要在2.0以上;在底部冲击载荷中,铲斗安全系数在3.0以上,满足设计要...     

液压挖掘机齿尖挖掘力的间接检测方法（英文）

液压挖掘机的挖掘力是反映挖掘机工作状态的一个重要参数。基于挖掘机工作装置的力学分析,建立了反应连杆机构截面应力与铲斗挖掘力之间关系的数学模型,并提出了一种新的挖掘力测量方法。通过有限元模拟分析,得到了连杆机构截面应力在不同挖掘力的仿真结果,与理论计算的误差约为8%。仿真结果验证了该测量方法的可行性。     

单双泵控混合分布式挖掘机液压系统性能分析

针对泵控非对称缸中存在流量不平衡问题和挖掘机(动臂、斗杆及铲斗)各液压缸的多象限工况,提出一种单双泵控混合分布式挖掘机液压系统。基于挖掘作业时工作装置的各液压缸速度-负载特性,为二象限工况的动臂设计单泵控液压单元,四象限工况的斗杆及铲斗设计双泵并联式泵控液压单元。以微型挖掘机为对象,在MATLAB/Simulink中建立多体动力学模型和液压系统模型,设计PID位置控制器,在典型挖掘工况下进行仿真分析。结果表明：单泵式的效率与双泵并联式的基本相当,但后者在负载力突变时,几乎不产生速度波动;在典型挖掘工况下,所提出的单双泵控混合分布式挖掘机液压系统的总效率为62%。     

基于LS-DYNA液压挖掘机铲斗强度仿真研究

为了研究实际工况中液压挖掘机铲斗的强度特征,利用LS-DYNA建立了柔性体铲斗实体模型与非线性显示动力学理论,构建土壤的本构模型;通过对铲斗挖掘土壤过程进行仿真,得到铲斗工作过程中极限应力值及铲斗的应力分布特点;所得结果为提高铲斗工作使用寿命提供了重要的依据,为铲斗的设计和使用提供一种新的手段和方法。