新型變胞挖掘機構設計與瞬態(tài)動力學研究.pdf

1、隨著城鎮(zhèn)化建設不斷推進，城市建設中的小型土方工程也日益增多。由于小型挖掘機具有移動靈活，功能多樣等特點，十分適合在人口密度大、交通復雜的城市環(huán)境中作業(yè)。因此，小型挖掘機是城市建設中不可或缺的工程機械。然而，目前大部分工程機械都以柴油機作為動力源，利用液壓系統(tǒng)控制工作裝置，不僅存在油液溫升，漏油等問題，由于液壓管路較復雜，還導致日常維護保養(yǎng)十分繁瑣;同時，液壓系統(tǒng)的可靠性及適用范圍受作業(yè)環(huán)境影響和限制較大，同時液壓精密元件的制造成本也較高

2、，部分核心液壓元器件依舊依賴進口，這些情況都制約了小型液壓挖掘機的技術發(fā)展和市場推廣。
　　針對液壓挖掘機存在的上述問題，本文以挖掘機為研究對象，提出了一種新型變胞挖掘機構，通過鎖定變胞方式減少了驅動源數(shù)量，在不影響工作特性的前提下，縮小了可控機構式挖掘機工作裝置的安裝空間，使得結構更加緊湊。用電動缸代替液壓缸作為驅動源，不僅免去了復雜的液壓管路系統(tǒng)，徹底解決了液壓工作系統(tǒng)存在的諸多問題，使得維護保養(yǎng)更加方便，還有效地解決了傳統(tǒng)挖

3、掘機能耗高，尾氣污染嚴重的問題。
　　本文具體工作內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　(1)基于圖論對傳統(tǒng)挖掘機進行了構型綜合，從得到的78種拓撲結構中篩選出最優(yōu)方案,并對其進行改進，從減少驅動源的目的出發(fā)，提出了一種鎖定變胞方法，得到本文的新型變胞挖掘機構，并對其進行了三維建模;利用鄰接矩陣法對該機構的拓撲結構變換進行了分析，計算了各構態(tài)自由度，并通過運動簡圖描述了各工況運動。
　　(2)利用閉環(huán)矢量法建立了該機構各個構態(tài)的

4、運動學數(shù)學模型，得到了各個構態(tài)下位姿、速度等的正逆解方程;將運動學方程的數(shù)值計算結果與利用三維軟件Creo得到的仿真測量值進行對比，驗證了該機構運動學數(shù)學模型的正確性。
　　(3)利用拉格朗日方程對該機構的滿斗提升工況、鏟斗挖掘工況和斗桿挖掘工況進行了剛體動力學分析。以玉柴YC08-8的作業(yè)系統(tǒng)參數(shù)（見附錄）作為參考，通過動力學方程得到驅動力矩及電動缸驅動力的表達式。
　　(4)利用ANSYS Workbench中的瞬態(tài)動力