基于微积分、理论力学以及机械原理等基础理论,对混凝土泵车臂架末端速度进行了理论推导,并且在推导的同时,建立了混凝土泵车的动力学分析模型.分别对相同的泵车臂架模型进行了理论计算和数值计算,并且对计算结果进行了对比分析,二者结果吻合非常良好.

起重机伸缩臂由多节可轴向相对滑动的变截面箱形臂套接组成.箱形伸缩臂承受全部弯矩,而轴向力是通过搭接处的摩擦力与内置油缸共同承受,其力学模型不等同于变截面阶梯柱模型和完全由油缸承受轴力的变截面箱形臂模型.如何准确计入油缸支撑作用及搭接摩擦力的影响,对起重机箱形伸缩臂稳定性分析计算具有十分重要的意义.从挠度微分平衡方程出发,给出起重机箱形伸缩臂三种计算模型的欧拉临界力的分析推导,并着重讨论考虑油缸支撑和伸缩吊臂间搭接摩擦力协同作用的变截面箱形伸缩臂计算模型.分析结果表明,考虑油缸支撑和箱形吊臂间搭接摩擦力协同作用时吊臂的失稳临界力介于完全由油缸承受轴力的变截面箱形臂模型与变截面阶梯柱模型的失稳临界力之间.

为提高6自由度液压机器人末端执行器位置跟踪精度,设计了增量式非线性逆控制方法,并对机器人末端执行器位置跟踪误差进行仿真验证。创建了6自由度液压并联机器人简图,对液压驱动系统进行建模,推导出液压流量方程式。针对传统非线性逆控制方法进行改进,设计了增量式非线性逆控制方法。采用Matlab软件对6自由度液压机器人末端执行器跟踪误差进行仿真,并与传统非线性逆控制方法对比。结果显示:采用非线性逆控制方法,机器人末端执行器运动位置跟踪误差较大;采用增量式非线性逆控制方法,跟踪误差较小。采用增量式非线性逆控制方法,可提高机器人末端执行器运动的稳定性和输出精度。

为提高水下掘进机器人臂架作业运行轨迹的稳定性和准确性,从轨迹规划和轨迹跟踪方面入手,对其运动控制进行研究。首先,基于D-H法和几何法依次求解臂架位姿空间到关节空间、关节空间到驱动空间的运动学方程,结合臂架作业特点采用五次多项式算法对其关节运动进行轨迹规划;其次,搭建臂架电液比例控制系统数学模型,为提高系统的响应速度和跟随精度,引入模糊PID控制器对系统进行校正,经仿真验证了该控制算法的有效性;最后,通过试验对臂架的实际作业效果进行验证。试验结果表明:臂架能够按照预定轨迹实现较好的轨迹跟踪效果,满足工程要求。

为了进一步提高车辆运行稳定性和节能效果,设计了一种可控阻尼车辆半桥式液压馈能减振器。以半桥式液压馈能减振器为对象,创建相应动力学模型,并开展仿真分析。研究结果表明:在外接电阻变小或者激励频率增加时,均会引起馈能功率增大;采取行程复原形式来回收能量不会引起能量回收状态改变。调整激励频率可获得大致相同馈能效率,其调整幅值大约为4%;在外负载从10Ω增加到100Ω后,馈能效率由40%降低至8%;在电阻率升高会产生更加缓和降低趋势。在50Ω外负载环境下,压缩阻尼力为-2838 N、复原阻尼力为-6891 N,均为最大值,符合目标阻尼的需求。此结构优点在于无需频繁进行启停切或者运动换向操作,确保液压油路产生优异整流功效。

针对气动伺服系统执行机构运动精度较低问题,设计了气动伺服系统改进传动装置模型。创建了气动伺服阀系统执行机构运动简图,分析了阀门的非线性质量流动特性、死区、多变温度模型、传热和非线性摩擦对执行机构运动精度的影响,根据动力学死区难以识别问题,设计出气动伺服系统执行机构运动的数学模型和相应的参数识别方法。采用Matlab软件对改进模型进行仿真验证,并且与理论值进行比较。结果显示:改进前,气动伺服系统活塞运动产生的位置、速度和压力与理论值相比,误差整体波动幅度较大;改进后,气动伺服系统活塞运动产生的位置、速度和压力与理论值相比,误差整体波动幅度较小。气动伺服系统执行机构在压力动力学、活塞速度和活塞位置方面,改进后的传动装置模型能够提高执行机构动力学死区的识别的精度。

研究基于UG/ANSYS的液压挖掘机动臂结构优化设计方法。以斗山某中型液压挖掘机为研究对象,借助UG软件完成工作装置、回转装置和行走装置3部件参数化建模并装配。分析计算典型危险挖掘工况下动臂各铰点的受力,利用ANSYS软件进行静力学分析,针对薄弱部位及应力集中问题,优化动臂局部结构。仿真结果表明:在危险工况下,优化后动臂最大应力及变形均比原来结构有所减小,并且消除了局部应力,增大了工作可靠性,优化设计方法效果显著。

介绍了质量功能展开（QFD）理论、发明问题解决理论（TRIZ）、公理设计（AD）理论的基本原理和特点,分别针对其在工程应用中的不足,建立了基于QFDTRIZAD的集成过程设计模型.首先,基于客户调研需求,利用QFD构建了用户需求与功能需求的质量屋模型,借助TRIZ标准解法解决了矛盾冲突,得到基于功能需求的初步概念设计模型.其次,基于AD理论将QFD功能需求映射为技术参数,得到设计矩阵,并判断矩阵是否耦合,若非耦合矩阵则产生创新方案,否则利用TIRZ工具箱进行解耦,以达到消除耦合的目的.最后,通过基于PRO/E的概念设计和虚拟演示,验证了设计方案可行.

在变幅载荷作用下,载荷的加载顺序及载荷间的相互作用效应将会影响结构的寿命.通过前后两级载荷应力比的平方来表现损伤演化过程中载荷相互作用效应的影响,将其引入叶笃毅模型,改进了后一级载荷的损伤演化方程,建立了剩余疲劳寿命预测的改进模型.通过两种材料的试验数据对比,验证了改进模型在两级载荷加载下的有效性。

介绍了液压传动的类型，重点对液压无级变速传动系统的工作原理做了详细的分析，对匹配设计过程做了详细的推导．利用MATLAB／Simulink软件建立了液压无级变速系统的仿真模型．在此模型中对变量泵、变量马达的排量匹配进行了优化，使行走速度和驱动力的发挥达到最佳状态，并将仿真结果应用在轮式挖掘机行走系统的设计中．经样机测试完全满足设计要求，取得了较好的结果．