锻造操作机构型设计与动力学性能研究
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重载锻造操作机是在极端载荷条件下作业的巨型工业机器八,可夹持大型工件配合万吨压机实现自由锻造。由于重载锻造操作机输出自由度多且相互耦合,锻造过程中末端夹钳的位姿和速度操作能力、力承载特性及整体刚度随着机构的形位变化而动态变化,因此如何保证极端作业条件下锻造操作机在整个工作空间中的力操作能力和速度操作能力,是重载操作装备设计所面临的技术挑战。本文研究了巨型重载锻造操作机的构型设计方法和动力学性能,包括重载锻造操作机的机构可约设计方法、机构可约设计中的同构性判定方法、新型重载锻造操作机的运动学建模与仿真、新型重载锻造操作机的动力学参数识别和标定建模及实验、新型重载锻造操作机整机协调运动和主动缓冲建模与仿真等。主要内容如下:(1)建立考虑任务特征的多自由度操作装备构型原理,给出多自由度操作机构末端任务特征和驱动输入之间关联关系的可约建模方法,建立操作机构可约特性与构型的映射关系,以及基于可约特性的构型分类原理,为重载多自由度操作装备的机构构型设计提供理论基础,同时给出重载锻造操作机的构型可约设计方法与步骤并设计出新的锻造操作机机构。(2)研究了机构可约设计中的同构性问题并建立同构判定模型,提出同构判定的特征系统方法,给出特征系统法同构判定的理论基础,建立机构可约特性的同构分类原理,对锻造操作机机构可约设计中的同构问题进行了判定。(3)建立了新型锻造操作机的运动学模型,包括解析形式的位姿方程、速度等数学模型。(4)建立了新型重载锻造操作机的动力学参数识别与标定模型,包括新型锻造操作机内外部力、杆件惯量和尺寸之间的映射关系,推导出映射关系矩阵,对锻造操作机的动力学参数识别和标定进行实验,比较了理论模型数据和实验数据之间的误差,并给出了误差源分析和误差消除方法。(5)建立锻造操作机的整机协调运动与主动缓冲控制模型,设计了新型锻造操作机启动、停止运动和主动缓冲过程中的控制方程,并对设计结果进行仿真。本文的研究成果是巨型重载操作机的构型设计和性能设计的基础,对设计重载锻造操作机和万吨压机智能联动控制系统具有明显的理论意义和应用价值
摘要 | 第3-5页 |
ABSTRACT | 第5-6页 |
第一章 绪论 | 第10-32页 |
1.1 序言 | 第10-11页 |
1.2 重载锻造操作机的发展历史 | 第11-17页 |
1.2.1 国外锻造操作机的发展状况 | 第11-14页 |
1.2.2 国内锻造操作机发展状况 | 第14-17页 |
1.3 国内锻造操作机的研究现状 | 第17-18页 |
1.4 锻造操作机的结构类型 | 第18-20页 |
1.5 锻造操作机的构型设计 | 第20-23页 |
1.6 同构判定问题 | 第23-25页 |
1.7 新型重载锻造操作机的性能分析 | 第25-28页 |
1.7.1 并联机构的运动学建模 | 第26-27页 |
1.7.2 并联机构的动力学建模 | 第27-28页 |
1.8 锻造操作机运动协调与缓冲 | 第28-29页 |
1.9 课题意义以及主要研究内容 | 第29-32页 |
第二章 锻造操作机机构可约设计 | 第32-66页 |
2.1 绪论 | 第32-33页 |
2.2 可约的定义 | 第33-42页 |
2.3 重载锻造操作机机构可约特性分析 | 第42-47页 |
2.4 锻造操作机机构可约设计 | 第47-52页 |
2.5 重载锻造操作机机构可约类型I | 第52-53页 |
2.6 重载锻造操作机机构可约类型II | 第53-56页 |
2.7 重载锻造操作机机构可约类型III | 第56-58页 |
2.8 重载锻造操作机机构可约类型Ⅳ | 第58-61页 |
2.9重载锻造操作机机构可约类型V | 第61-63页 |
2.10 本章小结 | 第63-66页 |
第三章 机构可约设计中的同构判定问题 | 第66-88页 |
3.1 绪论 | 第66页 |
3.2 特征系统法及其证明 | 第66-69页 |
3.3 扩展矩阵及其特性 | 第69-72页 |
3.4 可约特性的同构判定 | 第72-86页 |
3.4.1 可约特性的同构分类 | 第72-73页 |
3.4.2 同构判定算例1 | 第73-82页 |
3.4.3 同构判定算例2 | 第82-86页 |
3.5 本章小结 | 第86-88页 |
第四章 锻造操作机运动学建模与分析 | 第88-110页 |
4.1 绪论 | 第88页 |
4.2 新型锻造操作机运动学建模 | 第88-92页 |
4.3 锻造操作机机构位姿求解 | 第92-107页 |
4.4 速度雅可比 | 第107-108页 |
4.5 本章小结 | 第108-110页 |
第五章 锻造操作机动力学参数识别与标定 | 第110-136页 |
5.1 绪论 | 第110-111页 |
5.2 锻造操作机动力学建模 | 第111-122页 |
5.3 锻造操作机实验研究 | 第122-133页 |
5.4 误差讨论 | 第133页 |
5.5 本章小结 | 第133-136页 |
第六章 锻造操作机整机协调运动与缓冲模型 | 第136-156页 |
6.1 引言 | 第136-137页 |
6.2 操作机启动时协调运动与缓冲模型 | 第137-147页 |
6.2.1 操作机启动时动力学建模与分析 | 第137-138页 |
6.2.2 最佳启动模型 | 第138-140页 |
6.2.3 缓冲缸缓冲特性分析 | 第140-142页 |
6.2 4 启动时主动缓冲模型 | 第142-144页 |
6.2.5 启动仿真实例 | 第144-147页 |
6.3 操作机停止时协调运动与缓冲模型 | 第147-153页 |
6.3.1 操作机停止时动力学建模 | 第147-149页 |
6.3.2 停止时主动缓冲模型 | 第149-151页 |
6.3.3 停止仿真实例 | 第151-153页 |
6.4 本章小结 | 第153-156页 |
第七章 全文总结 | 第156-158页 |
7.1 研究内容总结 | 第156页 |
7.2 论文创新点 | 第156-157页 |
7.3 存在的问题以及研究展望 | 第157-158页 |
参考文献 | 第158-172页 |
符号与标记 | 第172-173页 |
附录 | 第173-180页 |
攻读博士学位期间发表的论文 | 第180-182页 |
致谢 | 第182-184页 |
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