工程机械臂系统结构动力学及特性研究.

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1、工程机械臂系统结构动力学及特性研究摘要：现如今计算机和产品设计相关方面的技术发展迅速，机械产品逐渐朝着高速、精确、环保的方向发展，对机械产品特性的研究成为如今设计机械产品的关键，国内外相关领域都对其投入了较大的关注力度。工程机械臂是工程机械中十分重要的元件，它的动力学性能对整个工程机械的作用发挥都有着极其重要的作用。工程机械的工作环境往往十分恶劣，因此工程机械臂所受的负荷情况十分复杂，为了保证机械臂工作的安全性与可靠性，本文对工程机械臂的结构动力学及特性进行了简要分析。关键词：工程机械臂；系统结构；动力学；特性中图分类号

2、：E951文献标识码：A文章编号：1673-1069(2017)03-176-20引言如今随着社会的进步，社会生产所具有的规模更大，同时其要求生产过程越来越高的自动化程度。工程机械臂在现下的牛产与建设过程中担负着搬运物料的重要角色，发挥着越来越重要的作用。当下的科学技术也已经随着时代的发展取得了长足的进步，这就导致了如今国际市场竞争愈发依赖科学技术的层面，这种大背景要求工程机械臂必须向着更可靠、更精密、更智能的方向发展。这就为工程机械臂的设计工作者带来了极大的挑战，怎样对工程机械臂的结构动力学和特性进行全面、深入、细致的

3、研究,就成为其工作的主要内容。1工程机械臂系统结构动力学及特性研究现状1.1多体系统动力学的研究现状工程机械臂的动力学系统属于多体系统，因此本文对多体系统动力学的研究现状做一些简单介绍。多体系统动力学就是研究多体系统运动规律的学科。多体系统动力学主要由多柔体与多刚体系统动力学，二者之间的关系如图1所示。国内外学者对多体系统动力学进行过大量的研究，但总体看来，国内外对多刚体系统动力学的研究己经较为成熟且具有十分完备的理论体系，但对于多柔体系统动力学的研究，如对其的计算方式和模型建立等还处于摸索阶段，对于口由度较多或者具有多

4、臂架和关节的多体系统，尤其是対具有结构复杂的柔性体系的模型建立与算数求解还存在着较多的问题。多体系统尤其是多柔体系统动力学的建模十分繁杂，对其进行求解用的方程式也要求极高的精准度，这就对相关领域的研究工作者提出了挑战。尽管当前相关学者对多柔体系统动力学的研究已经投入了很大的精力并取得了一定的成效，但其只是停留在对于简单的机械系统的研究阶段，对于复杂的机械结构，如工程机械臂架等的研究还不够专业与深入。1.2工程机械臂的国内外研究现状工程机械臂系统是工程机械系统中的重要组成部分，其设计的质量好坏直接关系到了整个工程机械的整体

5、性能。1.2.1对工程机械臂系统的动力学微分方程建模研究工程机械臂系统是典型的多体系统，应采取多体动力学的相关方式来对其进行模型建立。大致原理是利用拉格朗日法对液压挖掘机结构运动模型简图和锚泊起重船机动力学模型相关的动力学方程在广义坐标系中予以建立，其中液压挖掘机工作装置结构运行模型具体如图2所示，这是对工作装置和回转装置里与运动之间关系进行分析的理论基础。1.2.2工程机械臂动力学仿真研究在实际研究过程屮主耍利用动力学分析软件或对工程机械臂进行仿真研究，从而得出一系列的相关仿真曲线，为工程机械臂的动力学特性研究提供理论

6、依据。2对于工程机械臂动力学特性的研究2.1工程机械臂运动分析工程机械臂一般用于挖掘机等设备Z上，而此类机械设备被广泛应用于各种建设工程、开采工程和施工中，具有很重要的地位和作用。在工程机械中，机械臂的性能是机械整体设计水平的标志，以单斗反铲液压挖掘机为例进行说明。单斗反铲液压挖掘?C的工作部分主要分为动臂、斗杆、铲斗、动臂液压缸、铲斗液压缸和液压控制系统等部分。工作时，液压控制系统开始作用，动臂液压缸产牛压力来驱使动臂围绕较点转动，而斗杆则在斗杆液压缸的压力作用下围绕上较点摆动；铲斗被狡接在斗杆前，铲斗液压缸产生压力与

7、摇杆和连杆驱动同时作用，使铲斗围绕前较点转动。液压挖掘机中采用了摇杆与连杆机构对铲斗的转角进行了增加。其具体结构与工作运动形式如图3所示。液压挖掘机的机械臂是典型的多体系统，其可以以任何角度在工作范围之内旋转，极为方便与灵活，适用范围极广。液压挖掘机的挖掘工作主要就是由机械臂来完成，因此，机械臂的受力和运动情况特别复杂，其动力学特性对整体挖掘水平与工作质量有着极为关键的影响。2.2工程机械臂系统结构动态优化设计结构优化设计是当前工程机械结构设计研究方血较为先进的课题，实际研究与应用表明，即便机械结构的强度超过设计的标准，

8、其也会不可避免地出现结构的损伤与破坏，因此，必须对机械结构进行动态地优化设计。随着现代科学技术的发展，结构动态优化设计已经得到了广泛地发展并应用在了工程机械臂的系统设计之中。工程机械臂在工作过程中，各结构运动复杂，运动强度较大，使其工作过程中的问题日渐凸显。因此，可以利用动态优化设计的方法对工程机械臂的系统结构进行优