多自由度可控機(jī)構(gòu)式新型電動(dòng)裝載機(jī)分析與研究.pdf

1、裝載機(jī)在公路、鐵路、礦山、水利等工程施工項(xiàng)目和城市建設(shè)中，都是必不可少的工程機(jī)械之一，在全世界各行業(yè)生產(chǎn)建設(shè)中都有廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)裝載機(jī)多以柴油機(jī)提供動(dòng)力，液壓元件驅(qū)動(dòng)。此類(lèi)裝載機(jī)的發(fā)展已較為全面，對(duì)于不同的工作場(chǎng)地和不同的裝載容量，都有與之對(duì)應(yīng)的多種型號(hào)的裝載機(jī)可供選擇。發(fā)展無(wú)污染、經(jīng)濟(jì)環(huán)保型的新型裝載機(jī)是裝載機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)之一。受限于蓄電池技術(shù)和伺服電機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，電動(dòng)裝載機(jī)的研究多以小型電動(dòng)裝載機(jī)為對(duì)象，但目前小型電動(dòng)裝載機(jī)在市場(chǎng)

2、中仍比較少，因此研制小型電動(dòng)裝載機(jī)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　可控機(jī)構(gòu)具有高運(yùn)行速度和承載能力，控制簡(jiǎn)單且有一定的柔性，可大大提升機(jī)械產(chǎn)品的工作性能，這一概念自提出以來(lái)，一直是國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)學(xué)界研究的熱點(diǎn)。目前，可控機(jī)構(gòu)的理論研究已有較大發(fā)展，但在工程實(shí)際應(yīng)用方面多以鍛壓機(jī)械為主。將可控機(jī)構(gòu)理論應(yīng)用于工程實(shí)際還有很大的發(fā)展空間。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)將多自由度可控機(jī)構(gòu)理論引入小型電動(dòng)裝載機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程，設(shè)計(jì)發(fā)明的多自由度可控機(jī)

3、構(gòu)式新型電動(dòng)裝載機(jī)，既能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)液壓式裝載機(jī)各種靈活、復(fù)雜的裝載動(dòng)作輸出，又能克服液壓系統(tǒng)精度要求高、制造和裝配成本高、易產(chǎn)生漏油等不足，全電力驅(qū)動(dòng)，無(wú)排放和噪音污染，符合國(guó)家節(jié)能減排的相關(guān)要求。本文圍繞多自由度可控機(jī)構(gòu)式新型電動(dòng)裝載機(jī)開(kāi)展的分析研究工作主要包括:
　　1、分析該多自由度可控機(jī)構(gòu)式新型電動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)新型電動(dòng)裝載機(jī)多閉環(huán)多回路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)用螺旋理論分析了機(jī)構(gòu)的自由度，并運(yùn)用矢量投影法對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，得到

4、該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。通過(guò)對(duì)比位置正、逆解的數(shù)值結(jié)果驗(yàn)證模型的正確性，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)編程控制及其他相關(guān)研究提供了一定基礎(chǔ)。
　　2、采用Jacobian矩陣代數(shù)算法和幾何法相結(jié)合的方法進(jìn)行機(jī)構(gòu)奇異性分析，先分別求出機(jī)構(gòu)中三個(gè)閉環(huán)的Jacobian矩陣，得到各閉環(huán)的共14種奇異位型，再綜合考量電動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)各桿件尺度關(guān)系，對(duì)全部閉環(huán)的奇異位形進(jìn)行總結(jié)和綜合分析，得到新型電動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)的全部3種奇異位型;運(yùn)用隱函數(shù)求導(dǎo)法分析了機(jī)構(gòu)工作空間的邊界

5、條件，并通過(guò)仿真分析得到了新型電動(dòng)裝載機(jī)的理論工作空間。
　　3、在ADAMS環(huán)境中進(jìn)行虛擬樣機(jī)仿真，在運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上添加驅(qū)動(dòng)，給定運(yùn)動(dòng)函數(shù)控制驅(qū)動(dòng)，分別進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)正向和逆向仿真，并在運(yùn)動(dòng)學(xué)正向仿真的基礎(chǔ)之上添加機(jī)構(gòu)負(fù)載，進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真。所做的仿真工作可驗(yàn)證該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的正確性同時(shí)反映機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能，并為后續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等工作提供了一定參考。
　　4、由課題組成員共同研制了一臺(tái)實(shí)物樣機(jī)，概述了樣機(jī)制作過(guò)程，并通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果與實(shí)物樣