液壓挖掘機(jī)工作裝置可視化性能分析及參數(shù)優(yōu)化的研究.pdf

1、液壓挖掘機(jī)是土方機(jī)械的一種，在建筑施工、水利工程及礦山開采中可進(jìn)行基坑、溝槽、表面剝離等作業(yè)，因此在各類工程機(jī)械中具有十分重要的地位。如果更換其工作裝置，還可利用它進(jìn)行破碎、裝卸、起重、打樁、拆除等作業(yè)。所以，其工作裝置的設(shè)計(jì)質(zhì)量決定了整機(jī)的性能優(yōu)劣。工作裝置工作時(shí)的失效在很大程度上是由于設(shè)計(jì)不合理造成的，究其原因在于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和手段不能適應(yīng)工程需要，基于目前對(duì)挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)中運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)優(yōu)化研究的共性問題，本文以某型號(hào)的反鏟

2、液壓挖掘機(jī)作為研究對(duì)象，通過編程對(duì)工作裝置的作業(yè)性能進(jìn)行了可視化分析，并對(duì)其進(jìn)行了性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)綜合優(yōu)化研究。應(yīng)用Matlab軟件的GUI設(shè)計(jì)，完成了“反鏟挖掘機(jī)工作裝置可視化分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)”模塊，主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）運(yùn)用Denavit-Hartenberg奇次坐標(biāo)變換方法建立了工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論數(shù)學(xué)模型，得到其關(guān)鍵鉸點(diǎn)位置的位姿[X,Y,Z]T的函數(shù)表達(dá)式。并通過幾何法分析了工作裝置三大部件的運(yùn)動(dòng)狀況，利用各鉸

3、點(diǎn)間的作用關(guān)系，建立D-H坐標(biāo)系，運(yùn)用Lagrange建模方法建立工作裝置的動(dòng)力學(xué)模型，并求解出了其函數(shù)表達(dá)式。并在MATLAB環(huán)境下編寫運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真程序，為其設(shè)計(jì)了GUI界面，為后續(xù)章節(jié)的可視化性能分析和混合算法綜合優(yōu)化做了必要準(zhǔn)備。
　　（2）在PRO/E中運(yùn)用經(jīng)典的bottom-up建模設(shè)計(jì)方法，構(gòu)造了工作裝置的三維模型，裝配后將其導(dǎo)入ADAMS中建立工作裝置的虛擬樣機(jī)，進(jìn)行虛擬樣機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真試驗(yàn)和研究，同時(shí)通過運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型

4、在MATLAB環(huán)境下編寫了運(yùn)動(dòng)仿真GUI模塊，與虛擬樣機(jī)仿真結(jié)果相符。
　?。?）建立了斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸的理論挖掘力模型，同時(shí)在充分考慮挖掘阻力，油缸的閉鎖，整機(jī)的穩(wěn)定性和地面附著性能等限制條件下，重新推導(dǎo)了斗桿挖掘和鏟斗挖掘的整機(jī)理論挖掘力模型。并分析了在整機(jī)理論挖掘力下主要鉸接點(diǎn)的最大受力情況，編寫了相應(yīng)MATLAB GUI計(jì)算模塊，為挖掘性能的可視化分析提供了分析工具與設(shè)計(jì)手段。以某型號(hào)挖掘機(jī)為例進(jìn)行了分析。
　

5、　（4）建立了工作裝置綜合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，在MATLAB環(huán)境下使用模擬退火懲罰函數(shù)混合算法編寫了工作裝置優(yōu)化模塊，并針對(duì)上一章通過云圖分析所提出的問題進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果表明整機(jī)平均挖掘力有了明顯的提升，同時(shí)，閉鎖限制區(qū)域有所減少，主動(dòng)挖掘區(qū)域有所擴(kuò)大，整機(jī)作業(yè)性能有了大幅提升。將工作裝置優(yōu)化模塊設(shè)計(jì)成GUI用戶界面，將優(yōu)化設(shè)計(jì)工作進(jìn)一步模塊化與簡潔化，通過函數(shù)句柄調(diào)用挖掘力云圖模塊與運(yùn)動(dòng)仿真模塊，可將優(yōu)化前后結(jié)果進(jìn)行可視化圖形對(duì)比，簡捷