一种新型液压装载机工作装置的运动学分析

doi:10.3901/JME.2024.23.076

机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (23): 76-87.doi: 10.3901/JME.2024.23.076

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一种新型液压装载机工作装置的运动学分析

黄鹏^1,2, 李长硕^1,2, 丁华锋³, 陈子明⁴, 赵玉倩^1,2

1. 东北大学机械工程与自动化学院沈阳 110819;
2. 东北大学秦皇岛分校控制工程学院秦皇岛 066004;
3. 中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院武汉 430074;
4. 燕山大学机械工程学院秦皇岛 066004

收稿日期:2023-06-28 修回日期:2023-09-12 出版日期:2024-12-05 发布日期:2025-01-23
作者简介:黄鹏，男，1985年出生，博士，副教授，博士研究生导师。主要研究方向为机构数字化构型综合与分析理论。E-mail：h1985p@163.com;丁华锋(通信作者)，男，1977年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为智能装备与机器人先进设计理论。E-mail：dhf@ysu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(51905080)和河北省自然科学基金(E2020501018)资助项目。

Kinematics Analysis of a New Hydraulic Loader Working Device

HUANG Peng^1,2, LI Changshuo^1,2, DING Huafeng³, CHEN Ziming⁴, ZHAO Yuqian^1,2

1. School of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Shenyang 110819;
2. School of Control Engineering, Northeastern University at Qinhuangdao, Qinhuangdao 066004;
3. School of Mechanical Engineering and Electronic Information, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074;
4. School of Mechanical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004

Received:2023-06-28 Revised:2023-09-12 Online:2024-12-05 Published:2025-01-23

摘要/Abstract

摘要： 针对一种新型液压装载机工作装置进行运动学分析。首先，采用修正的Grübler-Kutzbach公式计算新型液压装载机工作装置的自由度，分析得出工作装置符合液压装载机的作业要求，可以实现铲斗相对机架的转动和竖直提升运动。其次，基于机构运动环路理论建立新型液压装载机工作装置的运动学正反解数学模型，通过算例与仿真对比运动学正反解的结果，验证机构位置的准确性。第三，采用Denavit-Hartenberg法建立新型液压装载机工作装置的关节空间模型，并对工作装置的关节空间进行求解分析，验证机构运动过程的准确性。最后，通过对新型液压装载机工作装置虚拟样机的一个工作循环进行仿真，分析工作装置最大卸载高度、卸载距离、平移性、卸载性和回位性等性能参数，验证新型液压装载机工作装置的实用性。研究结果表明该新型液压装载机工作装置符合实际工作要求，为液压装载机工作装置设计提供了重要的理论依据。

关键词: 液压装载机工作装置, 自由度, 运动学, 关节空间, 工作循环

Abstract: The kinematics analysis of a new hydraulic loader working device is proposed. First, the degrees of freedom of the new hydraulic loader working device are calculated by using the modified Grübler-Kutzbach formula. The analysis shows that the working device can realize the rotation and vertical lifting motions of the bucket relative to the frame, which meets the working requirements of the hydraulic loader. Moreover, the mathematical model of forward and inverse kinematics of the new hydraulic loader working device is established based on the theory of mechanism motion loop, and the accuracy of the mechanismic position is verified by comparing the results of forward and inverse kinematics solutions with examples and simulations. Third, the joints space of the new hydraulic loader working device is established by using the Denavit-Hartenberg method, and the joints space of the working device is solved and analyzed to verify the accuracy of the mechanism motion process. Finally, by simulating a working cycle of the new hydraulic loader working device, its performance parameters such as the maximum unloading height, unloading distance, displacement, unloading and automatic return are analyzed, and the practicability of the new hydraulic loader working device is verified. The research results show that the new hydraulic loader working device meets the actual working requirements, and an important theoretical basis for the design of the hydraulic loader working device is provided.

Key words: hydraulic loader working device, degrees of freedom, kinematics, joints space, working cycle

中图分类号:

TH211
TU623

黄鹏, 李长硕, 丁华锋, 陈子明, 赵玉倩. 一种新型液压装载机工作装置的运动学分析[J]. 机械工程学报, 2024, 60(23): 76-87.

HUANG Peng, LI Changshuo, DING Huafeng, CHEN Ziming, ZHAO Yuqian. Kinematics Analysis of a New Hydraulic Loader Working Device[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2024, 60(23): 76-87.

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Kinematics Analysis of a New Hydraulic Loader Working Device

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