可控装载机构动力学分析与优化设计

以新型可控机构式装载机为研究对象,以动臂升降支链关键参数作为设计变量,以第一主动杆在动臂举升过程中最大力矩最小为优化目标,以整体布局、传动角以及奇异性等作为约束条件,建立了动臂升降支链的尺度优化模型;利用复合形法对优化模型进行了数值求解,得到了动臂升降支链各构件最佳尺度参数;并使第一主动杆最大驱动力矩降低了11%。通过基于ADAMS的虚拟样机仿真,仿真结果表明,优化后可控装载机构动态性能得到了明显改善,当动臂位于上极限位置时第一主动杆接近逆运动学奇异位置,功率减小了80%。该研究将为可控机构式装载机性能提升提供依据。     

某移动式水泵车举升翻转机构优化分析

针对某移动式水泵车的举升翻转机构出现了举升油缸上铰点断裂现象,通过多刚体运动学建立举升翻转机构虚拟样机模型,并进行运动学仿真得到油缸最大拉力;以此最大拉力为边界条件,应用有限元方法对举升翻转机构进行强度分析,结果发现油缸铰点应力超过屈服极限。因此在ADAMS/View中建立举升翻转机构参数化模型,通过灵敏度分析确定设计变量,以油缸拉力最小为目标函数对油缸铰点位置进行合理优化。优化后铰点最大拉力减小了18.2%,强度满足材料要求,机构工作可靠性得到提高。     

后装式压缩垃圾车翻转机构转臂轻量化

为了对后装式压缩垃圾车翻转机构进行轻量化设计,首先对翻转机构进行研究,基于Adams建立挂桶机构的虚拟样机,通过仿真得出油缸驱动力与时间的关系曲线,建立挂桶机构转臂的有限元模型并以虚拟样机仿真结果为依据施加载荷,将分析结果与试验台实验结果对比,验证所建有限元模型及载荷施加的正确性.基于HyperMesh的OptiStruct求解器及HyperStudy,对转臂进行基于变密度法的拓扑优化和基于全局响应面法的形状优化,对翻转机构转臂进行轻量化设计,与原始结构对比得出此优化方法具有较大的减重效果,对翻转机构的轻量化研究具有一定的工程意义.     

风电叶片模具翻转机构分析与优化

针对风电叶片模具翻转机构油缸负载偏大及翻转运动速度不均匀的问题,通过分析风电叶片模具翻转机构运动过程,推导翻转角速度、翻转载荷同油缸运动速度、翻转机构各铰点尺寸之间的关系,建立翻转过程力矩平衡表征模型,以翻转所需油缸力最小为目标优化翻转油缸铰点尺寸。通过优化控制翻转油缸运动速度,实现匀速翻转,提高翻转机构运动稳定性和可靠性。     

基于虚拟样机的厨余车提升机构优化设计

为提高厨余车提升机构的工作性能,通过多体动力学软件ADAMS建立提升机构机械和液压子系统仿真模型,在ADAMS环境中,利用参数关联技术将两个子系统模型集成,建立机械-液压虚拟样机模型。将提升机构中各主要设计点参数化,采用OPTDES-GRG优化算法,以提升机构液压缸最大驱动力最小为优化目标,对机构中各铰接点位置尺寸进行优化计算。优化数据表明,优化后提升机构在工作过程中的液压油缸最大驱动力比优化前降低了16.5%,提升臂对拉杆的最大提升力比优化前降低了15.7%。     

垃圾转运设备翻转机构动力优化

在ADAMS中建立垃圾压缩设备翻转机构的样机模型,通过改变翻转机构各铰点的坐标,对翻转机构油缸的最大受力进行优化,得出各铰点的最佳位置坐标,使整个翻转机构具有良好的油压特性且运行更趋平稳。     

核岛支架安装车升降臂机液耦合动力学建模

为研究核岛支架安装车双平行四边形升降机构内在的复杂动态特性,需建立升降臂工作过程准确的动力学模型。通过分析升降臂结构组成和工作原理,运用AMESim平面机构库的转动铰、刚体杆件和移动铰等单元,建立升降臂机械系统多体动力学模型;利用AMESim标准液压库的变量泵、负载敏感阀和油缸等单元,建立升降臂液压系统驱动力模型;根据油缸和移动铰的输入输出状态变量相互作用关系,建立升降臂机液耦合动力学模型。仿真分析升降臂起升过程的动力学性能,并搭建试验平台进行测试。研究结果表明:升降臂起升初始阶段,系统压力有一定振荡,但最终趋于平稳;双平行四边形机构转角方向相反,转角大小相等,能够实现支架垂直升降;油缸工作压力、连杆转动角度的数值模拟结果能与试验结果较好吻合,利用该模型可以预测铰点约束力等状态变量的动态特性,为进一步分析和优化升降臂动力学性能提供参考。     

基于平衡油缸的势能回收系统参数匹配与试验

在液压挖掘机动臂下降时,大量的重力势能经液压阀口节流转化成热能而耗散,不仅浪费了能源,还对系统产生温升,造成冷却系统额外损耗。为解决上述问题,提出一种基于平衡油缸的势能回收系统,采用平衡油缸与驱动油缸交互驱动的结构,使蓄能器中液压油得到循环冷却。以动臂动作可控性、蓄能器能量密度及使用寿命为约束条件,对系统中动臂油缸、蓄能器等元件工作参数进行匹配;利用AMESim软件建立系统仿真模型,对蓄能器工作压力、容积等参数进行优化,并据此搭建基于平衡油缸势能回收系统的某30 t级液压挖掘机样机,实验结果表明:在动臂上升时,势能回收系统驱动油缸无杆腔压力相比于传统双动臂油缸驱动系统可降低3 MPa以上,并可减少液压泵50%的流量输出;在动臂上升和下降整个过程中,可节能约25%。     

折臂式随车起重机变幅机构动力学仿真分析

以某折臂式随车起重机为研究对象,建立其变幅机构力学模型,并对其动臂油缸受力情况进行分析研究。运用Pro/Engineer和ADAMS软件建立样机模型,求得动臂油缸受力,从而确定折臂式随车起重机液压系统的系统压力,并为其整个工作机构优化设计提供理论依据。     

正流量液压挖掘机动臂回路流量特性分析

针对液压挖掘机动臂在下降过程中重力势能利用率低的问题,对挖掘机动臂机构和液压系统进行了理论分析,分别建立了液压挖掘机动臂在下降过程中的机构运动学模型和液压回路的数学模型。采用AMESim软件建立了动臂机构运动与液压回路的仿真模型,分析主泵-多路阀-负载的正流量控制参数。并通过遗传算法优化节流阀通径,得出两组节流阀通径最优值。     

液压挖掘机刚柔耦合动力学分析

针对挖掘机主要机械臂应力动态计算困难的问题,综合虚拟样机技术、有限元和动力学理论,采用模态缩减法柔性化动臂和斗杆,建立挖掘机刚柔耦合模型,实现了挖掘机模拟实际工况的动力学分析。求解了挖掘机机械臂动态应力特性及液压缸负载情况,结果表明,静力学分析存在局限性,综合考虑运动状态与负载的动力学分析能更精确计算危险工况时应力分布。动臂最大应力值为107.7MPa,斗杆最大应力值为40 MPa。该研究为类似机构的结构优化、疲劳分析和振动抑制提供参考。     

基于核环境下应急机器人机械臂结构分析与优化设计

为了探究应急机器人在核环境下安装不同工具头作业时机械臂的强度和可靠性,分析设计的合理性,为改进结构、提高性能稳定性及延长寿命提供依据,建立了应急机器人的有限元模型,并选取破碎锤和挖斗两种典型末端工具作业时的两种不利工况,通过ANSYS有限元软件进行静力学仿真分析。结果表明:应力集中主要发生在工具头施力处及油缸与臂铰接处,是可能产生破坏的主要原因。针对动臂进行结构优化设计,使其重量由41.7 kg优化为30.1 kg,减重28.06%;并根据优化结果加工出试验样机,将理论分析用于生产实践上,验证了优化结果的可行性。     

基于虚拟样机的液压挖掘机工作装置最大挖掘力分析

针对液压挖掘机工作装置挖掘力的分析计算与优化问题,对工作装置在斗杆挖掘工况下的最大挖掘力及工作装置关键铰接点空间位置对其最大挖掘力的影响进行了研究,提出了采用机械系统与液压系统联合仿真的方法,建立了某液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型,分析斗杆油缸以系统最大压力工作,铲斗油缸、动臂油缸闭锁时,在整个挖掘范围内,工作装置的挖掘力图谱,并确定了最大斗杆挖掘力.在此基础上,以最大斗杆挖掘力为设计目标,通过试验设计方法,研究了工作装置机构铰接点空间位置对斗杆挖掘工况下最大挖掘力的影响.研究结果表明,液压挖掘机最大挖掘力达到国外同类产品水平,同时找出了铲斗最大挖掘力位置及数值,为工作装置优化设计和结构强度分析提供了有效依据.     

Delta并联机器人运动学与动力学仿真研究

以Delta并联机器人为研究对象,用三维设计软件Pro/E建立其样机模型,通过简化Delta并联机器人机构模型,用D-H矩阵法建立其运动学方程,得出正、逆解,给定动平台的运动轨迹进行轨迹规划,用Matlab软件计算出各支链的驱动臂张角,将样机模型和计算结果导入到ADAMS软件中,添加约束驱动等,进行运动学和动力学仿真分析,所得结果与理论计算结果一致,为Delta并联机器人的设计、优化和运动控制提供依据.     

面向自动仓储的绳索牵引并联机器人构型选择与参数优化

针对自动仓储领域的应用需求,研究了冗余驱动绳索牵引并联机器人的构型选择和参数优化问题。分析了自动仓储应用中冗余驱动绳索牵引并联机器人的结构特点,建立了静力学模型和力可行条件。基于动平台在需求力矩下力可行条件的分析,提出了一种最大负载优化指标。设计了完整的优化方法,并对所有构型的最大负载进行优化,最终得到了最优的构型及其动平台参数。通过仿真测试,将优化结果与其他构型以及随机选取的动平台参数进行了对比。结果表明最优构型的最大负载性能最佳,并且经过优化后,最大负载有明显提高。     

扑翼飞行器驱动机构的优化设计与仿真

针对目前双曲柄双摇杆结构应用在扑翼飞行器设计上较少,研究分析了扑翼驱动机构基于最小传动角最大的优化设计方法。在对传统四杆机构图解法的基础上,建立最小传动角与扑翼机架长度的关系模型。根据鸟类扑翼飞行的仿生条件,导出了机架安装角与扑翼扑动幅值、曲柄驱动角运动方程。利用MATLAB进行求解,确定驱动机构最优设计方案。建立扑翼驱动机构的虚拟样机,在ADAMS平台上进行虚拟运动仿真。结果表明,驱动机构的优化设计模型与扑翼扑动理论参数模型一致,此优化设计方法可行实用。     

混合驱动4R1P机构实现动臂-斗杆机构轨迹

对实现动臂—斗杆机构输出轨迹的混合驱动4R1P机构进行分析与优化设计。以预定轨迹和实现轨迹误差平方根为目标函数,通过逆运动学求解,设定约束条件,优化综合出一组4R1P机构结构尺寸以及滑块的输入规律。最后,以优化所得的结构尺寸及滑块运动规律来建立机构实体模型并进行运动仿真。仿真表明:机构构件之间的运动不存在运动干涉,没有出现驱动奇异,该优化结果具有有效性,混合驱动4R1P机构可以实现动臂-斗杆机构输出轨迹。     

某防暴车举升云台机液联合仿真及优化

为了研究某防暴车车内举升作业云台的运动性能,分别利用多刚体动力学软件ADAMS和液压系统仿真软件AMESim建立了其虚拟样机模型和液压回路模型,通过软件接口技术建立了co-simulation模型,对其进行机液耦合仿真。结果发现举升作业云台剪叉升降机构油缸举升瞬间推力偏大,液压系统压力过高。因此结合剪叉机构结构特点,在ADAMS中对其进行灵敏度分析确定设计变量,以举升瞬间推力和油压最小为目标对油缸铰点位置进行优化。优化后举升油缸推力减小了27%,最大油压下降了16%,提高了举升作业云台的可靠性。     

多工位回转式自动翻转与复位机构的优化设计

以实现工位台自动翻转与复位功能为目标,提出了一种由圆柱凸轮驱动的多工位回转式自动翻转与复位机构。每个工位均由曲柄滑块机构组成,通过凸轮曲线的变化控制滑块的位移变化,从而驱动曲柄旋转,完成工位台的翻转与复位动作。建立了自动翻转与复位机构的数学模型,通过改变机构的设计参数可以满足不同的工程实际要求。以预制硬质卷烟条盒的自动清空为例,研究了满足清空要求的多工位回转式自动翻转与复位机构的参数设计。以凸轮升程最小、翻转角度最大和竖直方向高度最小为多目标函数,以曲柄、连杆、凸轮升程等相关参数为自变量,进行了自动翻转与复位机构的优化计算,优化效果明显,并通过仿真分析验证了机构参数设计的合理性。     

主卷扬布置对旋挖钻机动臂变幅油缸载荷的影响

旋挖钻机主卷扬既可以安装在回转平台上,也可以安装在钻桅下部。为研究主卷扬的布置对动臂变幅油缸载荷性能的影响,运用拉格朗日方程分别建立两种主卷扬布置方案时动臂变幅油缸载荷的数学模型。构建基于MATLAB函数的仿真模型,并进行仿真分析。结果表明:当主卷扬位于回转平台上时动臂变幅油缸载荷较大,且其载荷会受到钻桅变幅的影响;当主卷扬位于钻桅下部时动臂变幅油缸载荷较小且不受钻桅变幅的影响。最后,实验验证了仿真结果。