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

1、液壓挖掘機是土方機械的一種，在建筑施工、水利工程及礦山開采中可進行基坑、溝槽、表面剝離等作業(yè)，因此在各類工程機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)計質(zhì)量決定了整機的性能優(yōu)劣。工作裝置工作時的失效在很大程度上是由于設(shè)計不合理造成的，究其原因在于傳統(tǒng)的設(shè)計方法和手段不能適應(yīng)工程需要，基于目前對挖掘機工作裝置設(shè)計中運動學(xué)及動力學(xué)優(yōu)化研究的共性問題，本文以某型號的反鏟

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

3、點間的作用關(guān)系，建立D-H坐標(biāo)系，運用Lagrange建模方法建立工作裝置的動力學(xué)模型，并求解出了其函數(shù)表達式。并在MATLAB環(huán)境下編寫運動學(xué)仿真程序，為其設(shè)計了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。
　?。?）在PRO/E中運用經(jīng)典的bottom-up建模設(shè)計方法，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，進行虛擬樣機運動學(xué)仿真試驗和研究，同時通過運動學(xué)數(shù)學(xué)模型

4、在MATLAB環(huán)境下編寫了運動仿真GUI模塊，與虛擬樣機仿真結(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，同時在充分考慮挖掘阻力，油缸的閉鎖，整機的穩(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理論挖掘力模型。并分析了在整機理論挖掘力下主要鉸接點的最大受力情況，編寫了相應(yīng)MATLAB GUI計算模塊，為挖掘性能的可視化分析提供了分析工具與設(shè)計手段。以某型號挖掘機為例進行了分析。
　

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，并針對上一章通過云圖分析所提出的問題進行了優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果表明整機平均挖掘力有了明顯的提升，同時，閉鎖限制區(qū)域有所減少，主動挖掘區(qū)域有所擴大，整機作業(yè)性能有了大幅提升。將工作裝置優(yōu)化模塊設(shè)計成GUI用戶界面，將優(yōu)化設(shè)計工作進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動仿真模塊，可將優(yōu)化前后結(jié)果進行可視化圖形對比，簡捷