混凝土泵车臂架实验台数值仿真和振动特性

针对泵车臂架末端运动轨迹确定和动力学求解困难的问题,建立泵车臂架实验台刚体模型;采用模态缩减技术对臂架柔性化,建立臂架系统的多柔体模型,然后利用虚拟弹簧阻尼法建立四节臂液压驱动油缸的等效模型,研究臂架系统臂、连杆、铰之间的运动学、动力学规律,对比分析臂架系统刚体模型、柔体模型和加液压油缸等效柔体模型的末端位移、液压缸运动受力以及整体臂架系统的第一阶固有频率。研究结果表明:臂架柔体模型运动停止后存在振动衰减的过程,其末端位移量比刚体模型增大数倍,柔性体液压缸关键部位的受力比刚体模型也大幅增加,第一节臂对整体末端振动位移的贡献最大,液压油缸的等效分析对固有频率值的影响较大。最后通过臂架实验台验证了建模和分析方法的正确性,为臂架系统低频振动抑制、轨迹规划和疲劳分析提供参考。     

冲击破岩掘进机工作机构支臂与油缸铰点力仿真

为研究冲击破岩掘进机凿岩过程支臂与各油缸铰点的受力情况,根据多体动力学理论建立该机工作机构运动方程,运用ADAMS建立其虚拟样机模型.由波动力学理论确定了破碎头凿岩过程的随机载荷,通过对最大破碎深度、最大破碎高度各支臂与油缸铰点力仿真,得到各铰点受力变化规律.结果表明:各铰点力随凿岩阻力变化,波动明显,且与工作机构位姿有关;最大破碎高度时掘进油缸与支臂Ⅲ所受平均载荷最大,易使工作机构支臂产生疲劳裂纹,影响其使用寿命.与Matlab计算结果对比,两者最大误差为0.29%,证明所建模型及研究方法可行.     

冲击破岩掘进机工作机构支臂与油缸铰点力仿真

为研究冲击破岩掘进机凿岩过程支臂与各油缸铰点的受力情况,根据多体动力学理论建立该机工作机构运动方程,运用ADAMS建立其虚拟样机模型.由波动力学理论确定了破碎头凿岩过程的随机载荷,通过对最大破碎深度、最大破碎高度各支臂与油缸铰点力仿真,得到各铰点受力变化规律.结果表明:各铰点力随凿岩阻力变化,波动明显,且与工作机构位姿有关;最大破碎高度时掘进油缸与支臂Ⅲ所受平均载荷最大,易使工作机构支臂产生疲劳裂纹,影响其使用寿命.与Matlab计算结果对比,两者最大误差为0.29%,证明所建模型及研究方法可行.     

混凝土泵车臂架系统的PD控制

基于多体动力学理论对混凝土泵车的各节臂杆的运动和液压缸的运动分别进行分析,运用拉格朗日方程建立臂架系统的多体动力学方程.把PD控制率应用于泵车各节臂杆的驱动力矩,使泵车各节臂杆按照期望转动角度运动,构建了臂架系统的控制模型.结合臂架系统的多体动力学方程建立泵车臂架系统的动力学方程并数值求解,对泵车各臂杆的转动角度以及臂架末端的运动轨迹的计算值与期望值进行了分析.证明了采用该方法建立混凝土泵车臂架的运动方程,可以准确地描述泵车的各项动力学特性.     

基于多体传递矩阵法的供弹平台固有振动特性分析

建立了弹链的多体弹性铰模型,根据体铰统一编号的原则,利用多体传递矩阵法得到了供弹平台的总传递矩阵,结合边界条件得到了振动特征方程.在此基础上分析了不同炮弹质量下供弹平台的固有振动特性.此外,由于在供弹过程中供弹平台的载弹量是动态变化的,进一步分析了发射过程中固有频率的变化规律.由计算结果可知,总体上炮弹的质量越大,供弹平台的一阶振动频率越小;在发射过程中供弹平台的一阶振动频率是不断减小的.此研究为供弹平台的振动稳定性问题的研究提供了一定的理论依据.     

基于多体动力学的混凝土泵车臂架的运动分析

基于多体动力学理论和拉格朗日方程建立了四节臂混凝土泵车臂架的刚性运动微分方程.通过对泵车臂架运动微分方程的推导和数值求解,对各臂杆的转角和末端轨迹进行了分析.采用动力学仿真软件对混凝土泵车的臂架建立了刚性仿真模型,选取与数值求解相同的参数进行仿真,对比仿真结果和数值求解得到的轨迹,两种方法的结果基本一致.证明了采用多体动力学方法建立的混凝土泵车臂架的运动方程,可以准确地描述泵车的各项动力学特性.     

一种链式多体系统接点约束力的求解方法

基于兼有矢量力学与分析力学的优点、在多体系统问题分析中有着广泛应用前景的凯恩方法,建立了链式多体系统动态特性分析模型,并进一步给出了求解其（铰）接点约束力的计算方法。最后,利用多体系统离散时间传递矩阵法和经典力学方法对计算模型的有效性和准确性进行了验证。相关结果对基于Kane方法开展多体系统动力特性分析具有参考意义。     

用弹性体传递矩阵法计算离心压缩机转子系统的临界转速

本文提出用弹性体传递矩阵法计算离心压缩机转子的临界转速。推导了适用于变轴径，多支承多跨挠性转子的递推公式与其弹性体传递矩阵，以及以“铰支－铰支”，“铰支－自由”为边界条件的频率方程与主振型公式和示例计算。并对结果进行了分析讨论。只要适当改变相应于边界条件与分段面上的点传递矩阵，本方法便可推广应用于其他转子系统。     

混合臂式高空作业车变幅系统动态建模与分析

针对混合臂式高空作业车变幅系统液压油缸驱动力难以显式计算的问题,借助拉格朗日方程和解析几何法对混合臂高空作业车臂架系统建立运动微分方程,得到臂架角位移、油缸行程与油缸受力随时间变化的动力学关系,在此基础上推导油缸油压、流量随时间变化的关系。给出臂架运动条件,基于最小二乘原理,运用MATLAB编程进行数值求解,得到油缸受力、油压及流量的时间历程曲线并对结果进行分析和验证。结果表明,模拟运动下油缸b1、b2、s1所受作用力较大,油缸设计时须优先对其进行强度分析;油缸b1、b2、s1油压变化也较大,油缸设计时须对其进行动强度分析;各油缸流量变化不大,可考虑使用定量泵节流调速系统。以上研究为混合臂式高空作业车臂架系统的设计及油缸选型等提供了参考依据。     

一种仿人机械臂的动力学建模和固有频率研究

气动肌肉驱动器因能很好地解决机械臂柔顺性的问题,其在仿人机械臂上的应用已经成为了研究热点。但目前针对机械臂的建模多忽略驱动器质量,或考虑为集中分布情况,同时一般考虑关节铰为线弹性扭簧。这些假设不太符合气动肌肉驱动器的实际力学性能。因此通过D-H法建立了一种仿人机械臂结构的运动学模型,核算了其奇异位形。通过能量法建立了驱动器质量分散分布下的仿人机械臂的动力学模型;通过假设模态法进行离散化,得到标准特征式方程。基于Wolfram Mathematica 9进行编程,获得了该仿人机械臂在两个关键的奇异位形之间运动时,其固有频率随关节角度和关节铰刚度变化的形式。     

基于多体系统传递矩阵的柴油机配气系统动力学分析

利用多体系统传递矩阵分析柴油机配气系统的动力学特性,推导基于多体系统传递矩阵的动力学模型建模过程,建立了配气系统基于多体系统传递矩阵的单质量和二质量动力学模型.为检验该方法建模的有效性,以某柴油机配气系统为例,将以新方法建立的多体系统传递矩阵模型与多刚体系统动力学模型、GTSUITE建立的多柔体动力学模型进行比较.实验表明,多体系统传递矩阵模型较多刚体系统动力学模型对于气门的升程曲线、丰满系数等参数的计算值误差更小,且求解更简便;较多柔体动力学模型建模更方便、快捷.     

折臂式举高消防车臂架系统振动特性研究

举高消防车臂架系统多采用折叠臂形式,控制其末端平台工作过程中的动响应是提高举高消防车使用性能的重要途径,而臂架系统弯曲振动方程求解是研究此类问题的基础.为此,以百米级折臂式举高消防车臂架系统为研究对象,基于哈密顿原理推导了各节臂架的弯曲振动方程,并求解出了一号臂架和二号臂架前三阶振型函数挠度曲线及对应固有频率.通过实例在Simulink环境下模拟一号臂架和二号臂架在已知二号臂架仰角变化条件下的末端动挠度响应特性曲线,为大高度折臂式举高消防车末端平台振动抑制提供了理论准备.     

Stewart被动隔振平台结构参数对系统固有频率的影响

为避免被动式Stewart隔振平台在外界激励下发生共振,对其结构参数变化对系统固有频率的影响进行了分析.依据Newtow-Euler方法,建立了一种计算该平台固有频率的动力学特征方程.借助ANSYS有限元模型进行验证,结果表明了所建模型的正确性.在此基础上,针对初始位姿下结构参数:支腿减振器刚度-阻尼系数、上平台铰接点半径、上下平台近铰点分布角、初始位姿下的上下平台质心距离和上平台位姿角,计算得到以上结构参数特定变化范围下系统的六阶固有频率的变化情况,进而对各结构参数敏感性作出分析.本研究可为Stewart隔振平台的结构参数优化设计提供理论参考作用.     

运用传递矩阵法识别轴系固有振动参数

介绍了应用传递矩阵法求解轴系的固有频率和主振型,轴系模型及其参数的识别。以及传递矩阵的计算机方法,不仅简便易行,而且计算精度较高,能为轴系动态设计提供可靠的参数,具有较高的适用推广价值。     

基于机液联合仿真的剪叉机构疲劳寿命分析

为解决工程机械复杂机液结构的疲劳寿命计算问题,以某型号高空作业平台剪叉机构为研究对象,提出了一种基于机液联合仿真的结构疲劳寿命计算方法.首先,建立了剪叉机构的机液联合刚柔耦合多体动力学仿真模型,分析了剪叉机构在举升过程中的受力情况,确定了极限工况为举升阶段79.2 s时刻,提取了各关键铰点处的载荷谱;并通过剪叉机构的油缸压力和结构应力测试实验,验证了动力学仿真模型的正确性;然后,基于联合仿真确定的极限工况和铰点载荷谱,对剪叉臂进行了极限工况下和单位载荷作用下的静力学分析,得到了剪叉臂结构应力分布情况;最后,利用铰点载荷谱和剪叉臂结构应力通过仿真获得剪叉臂疲劳损伤云图,确定了剪叉臂疲劳危险部位主要是剪叉臂各个零部件的连接位置处,为后续的疲劳寿命优化提供了基础.     

一种超级梁单元桁架式臂架结构强度荷载计算

桁架式臂架结构强度承载能力计算是臂架型起重机核心计算之一.以单个臂节作为一个子结构,将其内部自由度凝聚到臂节端面,基于臂节端面刚性假设,将边界自由度进一步凝聚到臂节端面形心,臂节自重离散到形心节点上,形成一种考虑重力的超级梁单元.基于共旋坐标法,建立每个臂节的随动坐标系,可以准确计算计及大长度臂架几何非线性效应的单元应力.通过建立臂架的节点力平衡方程,得到梁单元节点位移与截面转角,计算臂架的结构强度.基于数值插值方法,提出一种快速搜索强度荷载的方法,实现对臂架强度荷载的快速搜索,得到臂架强度的承载能力.通过数值算例,说明该方法在快速计算桁架式臂架结构强度承载能力方面有着较高的效率与精度.     

基于Riccati传递矩阵法的线性树形多体系统特征值求解

为了提高多体系统传递矩阵法求解线性树形多体系统特征值时的数值稳定性,研究了基于Riccati变换的线性树形多体系统特征值求解方法。建立了元件输入输出端的Riccati传递矩阵递推关系;从树形系统各输入端开始沿传递路径依次求得了各元件联接端的Riccati传递矩阵,并建立了用Riccati传递矩阵表示的系统特征方程;建立了消除系统特征方程极点的方法,从而可以增大求解特征方程时的搜索步长。数值算例计算结果与有限元法计算结果对比验证了该文方法的正确性,与通常多体系统传递矩阵法计算结果对比表明了本文方法具有较高的数值稳定性。     

用扩展传递矩阵法计算多体系统的稳态响应

以一个简单的多体系统为例，介绍了用于计算多体系统稳态响应的扩展传递矩阵法。建立了等截面Euler—Bernoulli梁的扩展传递矩阵。通过依次拼凑各个元件的扩展传递矩阵，形成系统的总体扩展传递矩阵，代入边界条件，然后求解代数方程组即可得到系统的稳态响应。对比模态叠加法的求解结果和计算过程，扩展传递矩阵法具有过程简单、计算量小、易编程等优点，且无需建立系统的总体动力学方程。扩展传递矩阵法特别适合于计算多体系统的稳态响应，能直接得到稳态响应的解析表达式。     

一种7DOF机械臂逆运动学解析算法及其应用

针对传统的基于雅可比矩阵最优解的数值方法对于有着冗余自由度的7自由度(7DOF)的机械臂逆运动学求解有着计算量大、只能求得单一解的不足,提出一种逆运动学的解析算法.在传统6维位姿矩阵的基础上,额外提出一个elbow angle 新约束,利用位姿目标矩阵和该elbow angle 共7维约束推导出7DOF机械臂逆运动学的...     

双机械手运动学分析及仿真研究

双机械手运动学方程的建立及作业空间的分析是对其进行准确控制的基础,本文应用D-H变换矩阵法建立了双机械手的运动学模型。解决了机械手末端执行器的笛卡尔坐标空间位姿与机械臂各关节变量之间的转换关系。采用Matlab对机械手的作业空间进行分析,并进行了仿真实验。通过仿真实验验证了本文求解的运动学模型的准确性及有效性。