多自由度可控機構(gòu)式新型電動裝載機分析與研究.pdf

1、裝載機在公路、鐵路、礦山、水利等工程施工項目和城市建設(shè)中，都是必不可少的工程機械之一，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)裝載機多以柴油機提供動力，液壓元件驅(qū)動。此類裝載機的發(fā)展已較為全面，對于不同的工作場地和不同的裝載容量，都有與之對應(yīng)的多種型號的裝載機可供選擇。發(fā)展無污染、經(jīng)濟環(huán)保型的新型裝載機是裝載機發(fā)展的趨勢之一。受限于蓄電池技術(shù)和伺服電機技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，電動裝載機的研究多以小型電動裝載機為對象，但目前小型電動裝載機在市場

2、中仍比較少，因此研制小型電動裝載機具有重要的現(xiàn)實意義。
　　可控機構(gòu)具有高運行速度和承載能力，控制簡單且有一定的柔性，可大大提升機械產(chǎn)品的工作性能，這一概念自提出以來，一直是國內(nèi)外機構(gòu)學(xué)界研究的熱點。目前，可控機構(gòu)的理論研究已有較大發(fā)展，但在工程實際應(yīng)用方面多以鍛壓機械為主。將可控機構(gòu)理論應(yīng)用于工程實際還有很大的發(fā)展空間。
　　針對上述問題，研究團隊將多自由度可控機構(gòu)理論引入小型電動裝載機的設(shè)計過程，設(shè)計發(fā)明的多自由度可控機

3、構(gòu)式新型電動裝載機，既能實現(xiàn)傳統(tǒng)液壓式裝載機各種靈活、復(fù)雜的裝載動作輸出，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，無排放和噪音污染，符合國家節(jié)能減排的相關(guān)要求。本文圍繞多自由度可控機構(gòu)式新型電動裝載機開展的分析研究工作主要包括:
　　1、分析該多自由度可控機構(gòu)式新型電動裝載機構(gòu)特點，針對新型電動裝載機多閉環(huán)多回路的結(jié)構(gòu)特點，應(yīng)用螺旋理論分析了機構(gòu)的自由度，并運用矢量投影法對其進(jìn)行運動學(xué)建模，得到

4、該機構(gòu)的運動學(xué)模型。通過對比位置正、逆解的數(shù)值結(jié)果驗證模型的正確性，為后續(xù)實現(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)行機構(gòu)奇異性分析，先分別求出機構(gòu)中三個閉環(huán)的Jacobian矩陣，得到各閉環(huán)的共14種奇異位型，再綜合考量電動裝載機構(gòu)各桿件尺度關(guān)系，對全部閉環(huán)的奇異位形進(jìn)行總結(jié)和綜合分析，得到新型電動裝載機構(gòu)的全部3種奇異位型;運用隱函數(shù)求導(dǎo)法分析了機構(gòu)工作空間的邊界

5、條件，并通過仿真分析得到了新型電動裝載機的理論工作空間。
　　3、在ADAMS環(huán)境中進(jìn)行虛擬樣機仿真，在運動構(gòu)件上添加驅(qū)動，給定運動函數(shù)控制驅(qū)動，分別進(jìn)行了運動學(xué)正向和逆向仿真，并在運動學(xué)正向仿真的基礎(chǔ)之上添加機構(gòu)負(fù)載，進(jìn)行了動力學(xué)仿真。所做的仿真工作可驗證該機構(gòu)結(jié)構(gòu)的正確性同時反映機構(gòu)的運動性能，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實物樣機，概述了樣機制作過程，并通過對仿真結(jié)果與實物樣