重型移動(dòng)式高空作業(yè)車柔性臂架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、高空作業(yè)車，尤其是曲臂式高空作業(yè)車，是一種典型的柔性多體機(jī)械系統(tǒng)，隨著當(dāng)代計(jì)算機(jī)水平的提高和高強(qiáng)度材料在工程機(jī)械中的應(yīng)用，以及市場(chǎng)對(duì)機(jī)械設(shè)備重量與結(jié)構(gòu)輕盈性要求的提高，促使高空作業(yè)車設(shè)備愈趨輕巧、重量減輕、柔性變大、剛度變小，從而帶來(lái)了幾何非線性與柔性多體計(jì)算分析等難題，此外，由于機(jī)械系統(tǒng)柔度加大而帶來(lái)的系統(tǒng)固有頻率的下降和因機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的提高而造成的激振頻率的上升可能使機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生較強(qiáng)的振動(dòng)現(xiàn)象，此時(shí)將構(gòu)件視為剛體的分析方法已不再適應(yīng)

2、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)分析的要求，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的動(dòng)力學(xué)分析成為保證其工作安全可靠的重要手段。對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，將經(jīng)典力學(xué)原理與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，建立便于編程、高效快捷的動(dòng)力學(xué)模型，為其進(jìn)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)優(yōu)化及控制提供理論依據(jù)，是許多學(xué)者努力的方向。
　　本文首先根據(jù)各種特殊的需要，結(jié)合具體的工作環(huán)境，選定了作業(yè)車的機(jī)構(gòu)形式，規(guī)劃了整車組成，進(jìn)行了下車系統(tǒng)和工作裝置方案和尺寸的初定，工作完成后，應(yīng)用大型通用有限元分析軟件分別

3、對(duì)主體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行了校核。在靜力學(xué)分析完成之后，后面的工作主要圍繞作業(yè)車的動(dòng)力學(xué)分析展開(kāi)。
　　首先，比較了傳統(tǒng)的多剛體與多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模分析方法，總結(jié)了每種方法的優(yōu)點(diǎn)與不足，在此基礎(chǔ)上引出本文采用的多剛體動(dòng)力學(xué)建模方法——等效元素集成法和多柔體動(dòng)力學(xué)建模方法——高效運(yùn)動(dòng)彈性動(dòng)力學(xué)方法。本文先后利用上述兩種分析方法對(duì)本課題的研究對(duì)象重型移動(dòng)式高空作業(yè)車臂架系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。
　　平面復(fù)雜機(jī)構(gòu)分析的等效

4、元素集成法，通過(guò)靜力與動(dòng)力凝聚，將任一形式的構(gòu)件的質(zhì)量和慣量向質(zhì)心或桿件兩端等效，推導(dǎo)出典型構(gòu)件的等效后的單元等效質(zhì)量陣，采用有限元方法對(duì)單元進(jìn)行集成組裝，此方法將建模的關(guān)鍵歸結(jié)為二階轉(zhuǎn)換張量和三階轉(zhuǎn)換張量iaT ibcT′的建立以及等效質(zhì)量陣的組裝,建模和解算過(guò)程簡(jiǎn)單快捷。基于KED方法的高效運(yùn)動(dòng)彈性動(dòng)力學(xué)方法，從運(yùn)動(dòng)方程本身來(lái)說(shuō)，它采用的是就是彈性梁桿系統(tǒng)完整的多柔體動(dòng)力學(xué)方程，然而其求解策略上借用了KED的思路，其推導(dǎo)的方程與傳統(tǒng)

5、的KED方程具有極其相似的結(jié)構(gòu)。這種方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的KED方法忽略剛體運(yùn)動(dòng)與彈性變形之間非線性耦合的缺點(diǎn)，既保證了分析精度，又提高了求解效率。上述兩種方法均采用有限元的形式，實(shí)現(xiàn)了規(guī)范、統(tǒng)一、易于組裝和計(jì)算機(jī)編程的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)建模。
　　結(jié)合上述兩種多體動(dòng)力學(xué)分析方法，本文以Compaq Visual Fortran90和MATLAB7.0為平臺(tái)編制了用于本課題折臂式高空作業(yè)車剛性和柔性臂架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析的有限元程序，并利用有限元分