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一种新型正铲液压挖掘装置的运动学和动力学分析
  • ISSN号:0577-6686
  • 期刊名称:《机械工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TH112[机械工程—机械设计及理论]
  • 作者机构:[1]燕山大学工业计算机控制工程河北省重点实验室,秦皇岛066004, [2]燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室,秦皇岛066004, [3]燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室,秦皇岛066004
  • 相关基金:国家自然科学基金(51422509,51275437)、河北省自然科学基金(E2014203117,E2012203154)和霍英东教育基金(141049)资助项目.
中文摘要:

提出一种可有效增大铲斗液压缸的推力和行程的新型正铲液压挖掘装载装置。通过对机构自由度分析,验证了该工作装置满足挖掘机铲斗作业要求的一个转动自由度和两个移动自由度。基于模块化图形组态和运动链环路理论,建立该机构的运动学分析流程图,并根据流程图对新型机构进行运动学特性分析。采用数值验证的方法给出五组数值算例,通过运动学正解和反解分析结果的对比,验证了分析方法的可靠性和准确性。基于凯恩方法对该新型机构进行动力学分析,将驱动力等效为关节转矩,推导并建立了动力学数学模型。参考卡特彼勒矿用正铲挖掘机的相关尺寸,给定该新型正铲液压挖掘装载装置的结构参数,基于Matlab分别在空载和变阻力情况下对挖掘机水平作业工况下进行动力学仿真研究,结果验证了动力学模型的准确性。研究结果为该新型机构的设计和应用提供了重要的理论依据。

英文摘要:

A new face-shovel hydraulic excavator is proposed, which can effectively increase the thrust and stroke of the bucket cylinder. By analyzing the degrees of freedom of the working device, the result shows that the degrees of freedom are two translations and one rotation on a plane, which can meet the requirements of face-shovel excavators. Based on the graphical modularization and loop algebra theory, a universal mechanical kinematics analysis flow diagram is established, with which the kinematics of the mechanism is investigated. By numerical analysis method, five numerical examples are given to verify the correctness of kinematics analysis. Comparative analyses of the results show that the algorithm is reliable and accurate. Based on Kane's method and the equivalent torque principle, the dynamics analyses of the new-type mechanism are conducted, and the dynamic mathematical model is deduced and established. Referring to dimension parameters of the caterpillar face-shovel excavator, the structural parameters of the new hydraulic face-shovel excavator are given. Based on Matlab, simulation researches are worked according to the dynamics equations, in the case of horizontal operation, respectively for no load and variable resistance. The analysis results show that the method is reliable. The research result will lay the fotmdation for the design and application of the novel mechanism.

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期刊信息
  • 《机械工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:宋天虎
  • 地址:北京百万庄大街22号
  • 邮编:100037
  • 邮箱:bianbo@cjmenet.com
  • 电话:010-88379907
  • 国际标准刊号:ISSN:0577-6686
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2187/TH
  • 邮发代号:2-362
  • 获奖情况:
  • 中国期刊奖,“中国期刊方阵”双高期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:58603