升降车机械臂含有伸缩、俯仰、升降、回转和水平保持五大机构

 

      升降车机械臂含有伸缩、俯仰、升降、回转和水平保持五大机构   河源升降车出租, 河源升降车价格, 升降车出租河源   多自由度升降车机械臂有较多个构件组成，建模比较容易，但是划分网格时，升降车机械臂构件网格的类型得需要很多种才能完成划分，并且存在着各种接触面的问题；如果采用整体进行有限元分析的话，划分网格会出现各种问题，并且迭代次数会很多，不仅分析的时间会很长，而且其结果可能不能达到理想的要求，因此本文采用对各个构件单独进行分析，对于它们之间的接触和受力问题，采用等效的原则，能够达到原分析模型的分析效果。

     准备ANSYS能够建立实体模型，但建立较大的实体模型效率还是较低的，并且ANSYS的修改也不太方便，因此本文采用三维实体建模软件UG建模，然后导入到ANSYS中，然后在该环境中，对模型进行适当的处理，如在不影响分析结果的情况下，对模型适当的简化，可以提高分析的准确性，效率也可以提高。定义单元类型，规定材料的属性，根据材料的特性参数，可以查出部件的弹性模量为210000MPa，泊松比为0.3。划分网格是非常重要的一步，网格划分的精度直接决定了有限元计算的优良。通常，网格划分越细，分析的结果也就较为准确，但是消耗的时间和计算机资源也就越多。因此，对各个单元进行有区别的划分，在划分网格的精度和消耗的时间中，找到合适的点，才能得到较好的分析结果。

      考虑到通用化和安全，工程上大量使用高强度钢HG60作为升降车机械臂材料，此材料σb=600MPa，σs=450MPa，考虑到安全规范，可选用安全系数1.5，即许用应力为300MPa,各个构件的校核可以根据此数据进行核对。伸缩臂的第一节臂为关键部位，它决定着整个升降车机械臂的稳定性，升降车机械臂在最恶劣工况下是升降车机械臂最水平状态下，载荷达到最大载荷，外载荷F=2940N。分析后的结果，根据校核数据，得出最大的应变和应力符合要求。 第一节臂的最大应变、应力值最大变形沿Y方向最大应力1.08mm180.5MPa.  由应力图可知，第一节臂应力主要集中靠近工作平台的端部，主要因为除了受工作载荷外，还有自身重力，虽然有应力集中，但是其强度符合要求，参照安全系数的选用规范，安全系数为1.5，即许用应力300MPa，符合要求。力臂的最大变形发生在力臂的端部位置，其最大变形位移1.08mm，与国内产品现有水平相当，因此符合要求。

      

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     在实际应用中，除升降车机械臂自身重量和一些永久性载荷外，还有动载荷，动态分析属于动力学问题的范畴，模态分析是动力学仿真的基础，本文对关键部位进行模态分析。选用兰索斯蓝法（Lanczons）求解，提取了第一节臂的前六阶固有模态，： 为前六阶的模态振型图；最大应变最大应力.  六阶振型综合分析升降车机械臂前六阶模态振型图，说明由共振引起变形较大的区域主要分布在伸缩臂第一节臂靠近末端执行装置这一侧的端部，其中包括弯曲振动、扭转振动以及弯扭组合振动等，第三、五阶振型是弯扭振动，其余为弯曲振动，可能会影响升降车机械臂整体性能；对于以上部位，应采取适当调整局部刚度，如调整臂的厚度，增加加强筋数目等，以此达到减小振幅，降低结构振动，减小噪声等目的，使升降车机械臂的结构更加合理，使用较少的材料满足对强度、刚度等设计要求，从而能更好地满足实际应用的振动要求。

     主要对多自由度升降车机械臂进行动力学分析，本文采用的是牛顿-欧拉方法来研究动力学问题。首先，对升降臂的第一、二、三节臂进行动力学分析，通过关节变量和所建立的坐标系，对每个关节的速度、加速度、角速度、角加速度进行推导，最终得出该值；对于伸缩臂的动力学分析与升降臂的分析相同，最终也得出了相应的值；对于升降车机械臂的有限元分析，本文采用有限分析软件ANSYS，对该升降车机械臂的关键部位进行了有限元分析，并且得出了该部位的应变、应力云图，最后对该升降车机械臂进行了模态分析，验证其强度和刚度是否符合要求。54总结与展望本文研究的车载式多自由度升降车机械臂，通过快换装置，能够快速更换各种工作辅件，完成多种动作，实现了一车多用的功能，减少了单一用途工程车数量，节约人力和资源成本。本文设计的升降车机械臂含有伸缩、俯仰、升降、回转和水平保持五大机构，全部采用液压驱动，简化了动力系统和传动结构，结构紧凑，装载移动性强。

     本文完成了如下研究工作：1、本升降车机械臂使用UG建成模型，进行了运动学、动力学分析：（1）得出升降车机械臂的基座与末端执行机构水平板的总变换矩阵，进而得出其位姿关系；（2）得出升降车机械臂各部件速度、加速度以及角速度、角加速度等，从而得出运动与关节受力之间的关系。2、把模型导入到仿真软件ADAMS中，升降车机械臂能够完成预期的运动，末端执行装置的运动轨迹、速度、加速度均符合预期的要求；3、把模型导入到有限元分析软件ANSYS，对升降车机械臂的应变、应力进行分析，运行结果表明最大应变、应力均符合要求；4、最后，对多功能车的抗倾覆性进行分析，该问题是升降车机械臂的重要研究的问题，它关系到工作的稳定性与安全性，本文对倾覆性的校核，是在不带悬挂装置或悬挂装置己被锁定，但起重轮胎可以自由转动，倾覆线为轮子着地点连线的情况下进行的，由于在没有支腿工况下稳定性较低，为仿真分析多功能工程车极限工况，本文以轮胎中心连线作为抗倾覆性分析，经过校核该升降车机械臂是是稳定的。由于作者本人学术水平以及自身学识有限，再加上时间和经济条件的限制，本文还有一些不完善的地方，需要进行下一步工作。同国外一些先进的同类产品相比，在精度、平稳性、安全性等方面，还有待于进一步改进，限制这一技术发展的主要因素是大高度复杂截面混合臂架技术、技术安全、智能化高效的控制技术、可靠性技术等，并且缺乏前瞻性的研究，技术上缺少更大高度发展科技的支撑；主要体现在以下几个方面：（1）控制系统的智能化需要进一步提高，尤其是自动减速、限位功能、调压等方面；这将安全性大大提高；（2）进一步探索高强度材料和轻质金属材料的应用，这样能减轻整车重量，使其更加灵活，提高效率；（3）安全装置方面有待于提高，国外对安全的重视度很高，这也很大程度上促进了作业的安全保护措施，如作业臂在极限位置具有限位功能，过载时保护， 在接近高压电等危险工况下，能够自动报警等，这也大大的保护了作业人员的安全性。此外，升降车机械臂在工作时的平稳性、舒适性有待于进一步提高，这样有利于作业人员作业效率，减少危险的发生；升降车机械臂的抗疲劳强度是保证安全工作的重要指标，需要作进一步研究；另外多体动力学的动力学与优化设计相结合来研究升降车机械臂是机械设计行业中新的发展方向，本文需要在制造物理样机进行实验，结合有关优化软件，对该升降车机械臂进行优化分析，使其达到最优效果。