繪製了高空作業車連杆機構的SolidWorks三維立體模型,得到其連杆機構及動力學相關參數;分析了連杆機構的動力學模型的數學建模方法;基於拉格朗日函數的動力學模型,得到了驅動力和驅動力矩;結合Adams進行了連杆機構動力學的仿真,提取了仿真結果,得到了動力學約束。第三,分析了三項式插補算法以及過路徑點的三次多項式插值算法在定向軌跡方面的應用;提出了三次多項式算法,並在關節空間內進行了軌跡的插值運算;根據高空作業車連杆機構運動學和動力學約束,得到了關節轉角與時間的函數關係,實現了軌跡序列即時更新的目的。第四,研究了控制系統的開環傳遞函數,得到了控制系統的Bode圖像,驗證了控制系統的穩定性;分析了現代控制策略的理論基礎,選擇增量型PID控制算法;通過試湊法取得了合適的PID控制參數;利用MATLAB/Simulink建立了連杆控制系統的PID控制模型,驗證了PID控制參數的正確性,有效地減少了油缸的階躍響應時間和穩態誤差。
考慮各節伸縮臂間接觸的影響,對工作裝置在典型工況下的力學性能進行有限元分析。分析結果表明:工作裝置大部分區域應力小於許用應力,只有轉臺、託架結構突變區域以及伸縮臂接觸區域應力超出許用應力,不滿足使用要求,應對其進行結構改進。針對存在局部應力超過許用應力的問題,對轉臺、託架通過添加筋板、改變結構布置方式等方法進行了結構改進；對伸縮臂通過在臂體間使用折彎滑塊,降低接觸區域應力的方法進行了結構改進。提出的改進方案,提高了高空作業車工作裝置結構力學性能,在實際應用中取得了理想效果。剪叉式高空作業平臺是一種垂直升降、應用普遍的高空作業設備。由於它的剪叉機構具有伸縮性,使得該設備廣泛運用於室內外比較狹窄的空間,比如大廳、車間、車站等場合。
為了提高剪叉式高空作業平臺升降裝置的承載能力,對升降裝置的結構進行了優化設計,具體開展以下研究工作:以某型號的剪叉式高空作業平臺升降裝置為研究對象。首先,建立了剪叉式高空作業平臺升降裝置的力學模型,計算了剪叉升降裝置中的液壓缸推力,並通過MATALB遺傳算法工具箱優化了剪叉臂體上液壓缸鉸點位置,從而降低了液壓缸推力；利用Pro/E軟體對剪叉式高空作業平臺進行運動學仿真,分析了液壓缸鉸點位置的改變對平臺平穩性的影響。其次,對剪叉升降裝置進行了靜力學分析,計算了剪叉升降裝置各鉸點力、臂體危險截面應力,並根據計算結果對強度不滿足要求的臂體結構進行了改進。再次,採用ANSYS軟體建立了參數化液壓缸有限元模型,並對其進行了靜力學分析；
創新性的提出了使用剛性杆單元模擬液壓油,對液壓缸進行了非線性屈曲分析,並且採用能量法計算液壓缸極限載荷,驗證了非線性屈曲分析的準確性。後,基於MATLABGUI開發了剪叉式高空作業平臺升降裝置結構優化設計軟體,將液壓缸推力計算、液壓缸鉸點位置優化、升降裝置力學分析等模塊集於軟體之中。研究的內容為剪叉升降裝置的設計研發提供了理論依據。開發的輔助軟體提高了產品優化設計的效率。高空作業車作為一種工程中常用的高空作業工程機械,可以將工作人員和工作設備運送到達指定高度。目前,高空作業車的使用範圍正在變得越來越大,同時為了滿足在實際工程中的需求,高空作業車的各項性能也變得愈發完善。臂架作為高空作業車的主要部件,其性能很大程度上決定了高空作業車的性能。
在這樣的發展形勢下,對高空作業車臂架力學性能的研究已經成為了工程機械設計領域的重點研究內容。本文以CSC5060JGKJH16型16m折臂式高空作業車作為研究對象,首先利用Inventor軟體建立高空作業車臂架系統的三維模型,再將建立的三維模型導入ANSYS中,並選取作業臂大工作半徑和大工作高度這兩種危險工況,在進行劃分網格和施加載荷等工作之後,對這兩種工況進行了臂架結構靜強度和靜剛度的分析,獲得了這兩種工況下作業臂的應力分布、應力危險部位和應變分布,分析結果表明臂架結構靜強度、靜剛度的都滿足要求；接著以臂架的總質量為優化目標,以各節作業臂厚度、耳板厚度、連接板厚度為設計變量,在保證臂架強度和剛度都滿足要求的前提下,對所研究的作業臂進行結構優化設計。
優化後的作業臂自重減少了128.063kg,達到臂架輕量化的目的。同時利用Matlab優化工具箱對下臂與轉臺、下臂液壓缸組成的單缸三鉸點變幅機構進行優化,優化後的變幅油缸受力減小了14.01%。接下來,運用多體動力學理論,建立了優化之後的臂架系統的剛性臂架的數學模型,對臂架進行運動學分析,並用動力學分析軟體ADAMS對臂架從一個位姿到另一個位姿進行動力學仿真分析,通過分析得出了各級臂架的運動參數曲線,同時可以得出變幅油缸的受力變化曲線。通過這些曲線,我們可以分析出臂架系統在剛性模塊下運動性能良好,啟動制動平穩,末端位置運動也相對平穩,無振顫,安全性好。後利用多柔體系統動力學理論對優化之後的臂架進行了動力學分析,得出了剛性參數及柔性體參數對臂架運動的影響程度。