剪叉式液壓升降臺參數(shù)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析(2)

1、太原科技大學(xué)碩士學(xué)位論文剪叉式液壓升降臺參數(shù)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析姓名：曾午平申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論指導(dǎo)教師：衛(wèi)良保20090701中文摘要剪叉式液壓升降臺從過去引進(jìn)技術(shù)的合資生產(chǎn)到現(xiàn)在自主品牌的國產(chǎn)化，由于設(shè)計(jì)計(jì)算方法不盡完善，導(dǎo)致產(chǎn)品過于笨重。產(chǎn)品的開發(fā)方面現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用研究還遠(yuǎn)不夠發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)方法已無法滿足產(chǎn)品性能的提高。本文通過分析，將剪叉式液壓升降臺按其結(jié)構(gòu)劃分成不同的組件模塊，推導(dǎo)建立各個(gè)模塊求解計(jì)算的理論解析式，利用進(jìn)行編程，開發(fā)起升工作裝置設(shè)計(jì)、仿真與分析系統(tǒng)；并在平臺上進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了該類產(chǎn)品的虛擬制造技術(shù)。論文著重闡述了以下幾方面的內(nèi)容：、基

2、于桿組分析法的理論計(jì)算建立了用桿組分析法對起升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和受力分析的桿組數(shù)學(xué)模型。編寫有源桿組的運(yùn)動(dòng)分析與受力分析子程序，不僅準(zhǔn)確快捷、調(diào)用方便，而且對不同類型的起升機(jī)構(gòu)都具有通用性。、建立液壓升降臺的數(shù)學(xué)模型分析液壓升降臺的結(jié)構(gòu)特征，依對稱性按油缸推動(dòng)剪叉數(shù)量將液壓升降臺分為一油缸推動(dòng)一副剪叉、一油缸推動(dòng)兩副剪叉和一油缸推動(dòng)三副剪叉三種基本模塊，然后利用虛功原理推導(dǎo)出三種基本模塊的理論計(jì)算公式。、開發(fā)液壓升降臺輔助設(shè)計(jì)軟件在對液壓升降臺數(shù)學(xué)模型的充分分析基礎(chǔ)上，以面向?qū)ο蟮臑殚_發(fā)工具，編制一套界面友好，功能齊全應(yīng)用于剪叉式液壓升降臺的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。、特征建模和參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)方法

3、的研究論述特征建模的概念、特點(diǎn)及過程；參數(shù)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、參數(shù)化模型；研究基于二次開發(fā)技術(shù)的參數(shù)化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：液壓升降臺；組件模塊；面向?qū)ο?；二次開發(fā)，一，：；聲尸明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。儲(chǔ)彌望主舉嘯碑：絲關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)的說明本人完全了解太原科技大學(xué)有關(guān)保管、使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括：學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件、復(fù)印件與電子版；學(xué)校可以

4、采用影印、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱；學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容（保密學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定）。作者簽名：！鏨芏舉日期：絲望蘭堡導(dǎo)師簽名：習(xí)性日期：垡望一第一章緒論第一章緒論研究的目的及意義剪叉式液壓升降臺主要應(yīng)用于搬運(yùn)、裝卸等物流作業(yè)。廣泛應(yīng)用于倉庫、機(jī)場、車站、碼頭和工廠等地。國內(nèi)對升降臺的設(shè)計(jì)分析也有一些研究，但都是從不同側(cè)面進(jìn)行的，且有不完善之處，存在一些缺陷，有些還缺乏整體性和系統(tǒng)性。本文在對液壓升降臺的整體結(jié)構(gòu)分析研究基礎(chǔ)上，提出一個(gè)液壓缸推動(dòng)一副剪叉，一個(gè)液壓缸推動(dòng)兩副剪叉和一

5、個(gè)液壓缸推動(dòng)三副剪叉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊，而通過這些模塊的集成能方便構(gòu)建不同起升高度要求的整機(jī)。針對這種模塊設(shè)計(jì)計(jì)算模型的理念，本文以為支持平臺，開發(fā)實(shí)現(xiàn)任意起升高度升降臺機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，構(gòu)件載荷計(jì)算輸出和剛強(qiáng)度設(shè)計(jì)的通用程序，最后調(diào)用三維繪圖軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的三維建模，建立虛擬樣機(jī)。目的在于減少升降臺設(shè)計(jì)人員的工作量，縮短研究和開發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。升降臺計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)研究歷史和現(xiàn)狀國內(nèi)的液壓升降臺的設(shè)計(jì)基本上屬于一種經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)或仿制國外生產(chǎn)。當(dāng)要開發(fā)一種新產(chǎn)品時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)資料，進(jìn)行一些合理的簡化和改進(jìn)。目前國內(nèi)在許多企業(yè)還停留在輔助制圖的程度上，如二維圖形的繪制、修改。關(guān)于起升機(jī)構(gòu)

6、設(shè)計(jì)參數(shù)分析和在上自動(dòng)設(shè)計(jì)的綜合研究文獻(xiàn)還較少。雖然有些設(shè)計(jì)軟件也有一定的分析設(shè)計(jì)能力，但適合升降臺的專業(yè)設(shè)計(jì)分析軟件還很少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)要求。課題的提出由于進(jìn)行液壓升降臺設(shè)計(jì)時(shí)，傳統(tǒng)的方法都是采用作圖法或類比法，計(jì)算機(jī)只是作為繪圖、改圖的工具，在設(shè)計(jì)上沒有得到廣泛的應(yīng)用，使得設(shè)計(jì)耗費(fèi)工時(shí)，設(shè)計(jì)周期比較長，而且設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品比較笨重，機(jī)械性能又低，產(chǎn)品成本也高。造成這種結(jié)果的原因是：傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)是在有限的幾個(gè)方案中比較和選擇一個(gè)比較優(yōu)秀的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這使得設(shè)計(jì)工作帶有很大的盲目性和局限性。同時(shí)選擇的方案也沒有一個(gè)十分精確的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來衡量其優(yōu)劣，設(shè)計(jì)處于一種摸索狀態(tài)。這種設(shè)計(jì)方法要經(jīng)過設(shè)

7、計(jì)一試制樣機(jī)一再改進(jìn)一再試制，往往要經(jīng)過幾輪的設(shè)計(jì)才能達(dá)到一定的水平，這使得設(shè)計(jì)的周期拉得很長，同時(shí)也造成了人力、物力上的浪費(fèi)，增加了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造成本。而許多廠家對于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)仍然停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)或仿剪叉式液壓升降臺參數(shù)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析制的水平上。仿制是以別人的產(chǎn)品作樣本進(jìn)行模仿生產(chǎn)，對產(chǎn)品的外觀和一些小的裝置進(jìn)行改進(jìn)，它沒有形成企業(yè)自身對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念，因而也就談不上產(chǎn)品創(chuàng)新。本文研究的目的就是以剪叉式液壓升降臺為研究對象，尋找剪叉式液壓升降臺剪臂機(jī)構(gòu)之間的共性規(guī)律，運(yùn)用桿組分析法和參數(shù)化設(shè)計(jì)方法對剪叉式液壓升降臺的剪臂機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析與受力分析，開發(fā)一種通用性強(qiáng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析與受力分析方

8、法，開辟研究分析多油缸、多副剪叉機(jī)構(gòu)的新途徑。不論液壓升降臺采用幾個(gè)油缸，幾副剪叉，都可以依據(jù)桿組理論將這些桿組分解成各類桿組，從而對機(jī)構(gòu)的分析轉(zhuǎn)化為對桿組的分析。從結(jié)構(gòu)上看，桿組顯然比由它組成的機(jī)構(gòu)簡單，所以桿組理論使機(jī)構(gòu)分析大為簡化；更重要的是，桿組是一個(gè)自由度為零的基本運(yùn)動(dòng)單元，該單元具有運(yùn)動(dòng)和力的確定性。這樣可事先對各級桿組進(jìn)行分析，當(dāng)對具體機(jī)構(gòu)分析時(shí)，可依據(jù)分解順序來調(diào)用此機(jī)構(gòu)分解出來的桿組的現(xiàn)成解，從而使機(jī)構(gòu)分析更迅速和簡單。由于作用在機(jī)械上的力，不僅是影響機(jī)械的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能的重要參數(shù)，而且也是決定相應(yīng)構(gòu)件尺寸及機(jī)構(gòu)形狀等的重要依據(jù)，所以必須對液壓升降臺起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析。通過

9、對液壓升降臺起升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程的分析后，確定對工作裝置進(jìn)行靜力學(xué)分析，這時(shí)仍可假定原動(dòng)件油缸做等速運(yùn)動(dòng)，以便使問題簡化。進(jìn)行受力分析的具體方法有圖解法和解析法，前者形象直觀、易于掌握，但精度不高，過程繁瑣；而后者建模復(fù)雜，求解困難，但相對精度高，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，已被廣泛應(yīng)用。針對剪叉式液壓升降臺的研究現(xiàn)狀，本文將運(yùn)用虛位移原理，通過桿組分析法建立液壓升降臺起升機(jī)構(gòu)分析的數(shù)學(xué)模型，開辟研究液壓升降臺起升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的新途徑，同時(shí)在液壓升降臺的不同起升作業(yè)工況下，對它的各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行受力分析；利用面向?qū)ο罂梢暬_發(fā)工具，開發(fā)剪叉式液壓升降臺起升機(jī)構(gòu)的選型計(jì)算與運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其參數(shù)輸入輸出的可視化

10、及起升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的動(dòng)態(tài)顯示；以三維軟件為平臺進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)液壓升降臺剪臂等重要構(gòu)件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)及總體的自動(dòng)裝配。本文的研究內(nèi)容就是基于上述思路展開的。課題的主要研究內(nèi)容本文對液壓升降臺起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一下幾個(gè)方面的研究：、為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的通用化，對現(xiàn)有液壓升降臺的類型進(jìn)行比較和歸納，通過研究各種型式升降臺結(jié)構(gòu)的特性，總結(jié)找出它們構(gòu)造上的共性規(guī)律并對其進(jìn)行第一章緒論模塊劃分，以便建立實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)分析的基本計(jì)算單元。、針對上述建立的基本模塊，在液壓升降臺整體約束條件下，應(yīng)用虛位移原理推導(dǎo)出起升油缸的受力公式，應(yīng)用桿組分析法對起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和受力分析。、利用面向?qū)ο篑x十開發(fā)可視化的液壓

11、升降臺起升機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)與分析軟件，利用所開發(fā)的軟件可以對起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、受力分析、參數(shù)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真。設(shè)計(jì)和分析的結(jié)果以數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。液壓升降臺起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，不僅可以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的合理性，而且可以檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)過程中是否發(fā)生干涉、機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理，為液壓升降臺起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了有效的工具。、運(yùn)用技術(shù)的接口，實(shí)現(xiàn)平臺上的二次開發(fā)，并將其封裝為一個(gè)類，通過調(diào)用該類中的成員函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)升降臺各零部件的參數(shù)化特征建。第二章剪叉式液壓升降臺數(shù)學(xué)模型的建立第二章剪叉式液壓升降臺數(shù)學(xué)模型的建立剪叉式液壓升降臺簡介剪叉式液壓升降平臺的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，從低起升到高起升，組成剪叉臂桿

12、的數(shù)目多，油缸的布置形式多：移動(dòng)方式有牽引式、自動(dòng)式、助力式等。從組成方式看，剪叉式液壓升降臺主要由底座、剪臂結(jié)構(gòu)、工作平臺三部分組成。剪叉式液壓升降臺的底座一般有三種：一是適合很少移動(dòng)的固定式底座，如圖所示。這種升降臺穩(wěn)定性好，一般起升高度較低，承載較大并工作在室內(nèi)，主要用于生產(chǎn)流水線高度差之間貨物運(yùn)送。根據(jù)使用要求，可以配置附屬裝置，盡最大限度的發(fā)揮升降臺的功能，取得最佳的使用效果。囤固定式底座二是拖動(dòng)式底座如圖所示。這種底座有輪胎，可以進(jìn)行拖動(dòng)，方便戶外操作。具有靈活方便的特點(diǎn)，但承載一般不大。三是車載式，如圖所示。車載式是為提高升降臺的機(jī)動(dòng)性，將升降臺固定在電瓶搬運(yùn)車或貨車上，直接取汽

13、車引擎動(dòng)力。車載式的升降臺移動(dòng)方便，工作高度空間也較大，能適應(yīng)廠區(qū)內(nèi)外的高空作業(yè)。廣泛應(yīng)用于賓館、大廈、機(jī)場、車間、倉庫等場所的高空作業(yè)，也可作為臨時(shí)性的高空照明、廣告宣傳等。剪衛(wèi)式液壓升降臺參數(shù)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析圈圖拖動(dòng)式底座圖車栽式底座升降臺的模塊劃分雖然剪叉式液壓升降臺的結(jié)構(gòu)型式多種多樣，從低起升到高起升，組成剪叉臂桿的數(shù)目多，油缸的布置形式多嘲，但不論型式多復(fù)雜，從組成方式來看，剪又式液壓升降臺主要由底座、起升工作臂和工作平臺三部分組成。而起升工作臂總是升降臺鋼結(jié)構(gòu)的主體，也是關(guān)鍵的受力件。而且參照圖、等通過分析將升降臺按油缸推動(dòng)剪叉數(shù)量進(jìn)行分層，即一油缸推動(dòng)一副剪叉分為一層，一油缸推動(dòng)

14、兩副剪叉或一油圖一油缸推動(dòng)一副剪又模塊缸推動(dòng)三副剪叉也可以分為一層。這樣分層后就可以將多層液壓升降臺按層進(jìn)行模塊劃分，可以簡化數(shù)學(xué)模型的建立及公式推導(dǎo)的方便性。如圖所示的單側(cè)剪叉臂桿按油缸層可看成由一個(gè)油缸推一副剪叉的結(jié)構(gòu)；圖為一個(gè)油缸推兩副剪叉單層的結(jié)構(gòu)：圈為一個(gè)油缸推剪叉單層的結(jié)構(gòu)，這三種單層型式是最簡單的，各第二章剪叉式液醫(yī)升降臺數(shù)學(xué)模型的建立種大起升高度復(fù)雜的型式都可以在此基礎(chǔ)上增加剪又及油缸數(shù)量而得到。因此通過歸納各種形式的液壓升降臺，依對稱性按油缸推動(dòng)剪叉數(shù)量可劃分為三種基本構(gòu)件組，即油缸推一副剪又（一般都只有單層）為一個(gè)構(gòu)件組；一油缸推兩副剪叉（單層或多層）為一個(gè)構(gòu)件組：一油缸推

15、三副剪叉（單層或多層）為一個(gè)構(gòu)件組，這便形成了液壓升降臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的三種核心模塊單元。在后面的模型建立及分析過程中，統(tǒng)一將上述三種構(gòu)件組分別簡稱為一叉機(jī)構(gòu)、二叉機(jī)構(gòu)和三叉機(jī)構(gòu)。圖一油缸推動(dòng)兩副剪又模塊圖一油缸推動(dòng)三副剪又模塊升降臺數(shù)學(xué)模型分析剪叉式液壓升降臺的設(shè)計(jì)主要難點(diǎn)在于正確計(jì)算一個(gè)油缸所需的最大推力。本論文中通過計(jì)算各個(gè)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的虛位移，利用虛位移原理求解油缸的推力。通過對升降臺進(jìn)行模塊劃分并加以分析后，需推導(dǎo)出三種模塊油缸的推力公式。在公式的推導(dǎo)工程中，統(tǒng)一選用與底座的固定鉸接為坐標(biāo)原點(diǎn)，軸正向朝右，軸正向朝上建立直角坐標(biāo)系。虛位移原理【】虛位移原理用功的概念分析系統(tǒng)的平衡問題，是研究

16、靜力學(xué)平衡問題的一種方法。虛位移是指在某瞬時(shí)，質(zhì)點(diǎn)系在約束允許的條件下，可能實(shí)現(xiàn)的某種假想的極微小的位移，它可以是線位移，也可以是角位移。虛位移用符號表示。虛位移原剪叉式液壓升降臺參數(shù)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析理是對于具有理想約束的質(zhì)點(diǎn)系，作用于質(zhì)點(diǎn)系的所有主動(dòng)力在任何虛位移中所作虛功的和為零時(shí)才能保持其平衡。用虛位移求解力的平衡關(guān)鍵是建立各虛位移之間的關(guān)系，常用的有三種方法：、用作圖法求解出各處的虛位移，直接按幾何關(guān)系確定各有關(guān)虛位移之間的關(guān)系、建立坐標(biāo)系，選定一合適的自變量，寫出各有關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)，對各坐標(biāo)進(jìn)行變分運(yùn)算，確定各虛位移之間的關(guān)系、按運(yùn)動(dòng)學(xué)方法，假設(shè)某處產(chǎn)生虛速度，計(jì)算各有關(guān)點(diǎn)的虛速度。最后

17、對運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行求導(dǎo)用虛位移原理求解機(jī)構(gòu)受力時(shí)，首先解除約束而代以約束力，把結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C(jī)構(gòu)，把約束力當(dāng)作主動(dòng)力，即可用虛位移原理求解。單桿的運(yùn)動(dòng)分析，因單桿和級桿組在實(shí)際工程中應(yīng)用最廣泛，在此簡要介紹單桿和級桿組數(shù)學(xué)模型的建立及分析方法。如圖（）所示，為一構(gòu)件。若已知該構(gòu)件上的位置厶（，）、速度、，加速度、比，構(gòu)件的位置角、角速度百、角加速度分，則可求出構(gòu)件上任一點(diǎn)的位置（，）、速度如、兒和加速度、如。（）單構(gòu)件運(yùn)動(dòng)分析模型（）級桿組運(yùn)動(dòng)分析模型圖單構(gòu)件和級桿組運(yùn)動(dòng)分析模型）位置分析：吣第一二章剪叉式液樂升降臺數(shù)學(xué)模型的建立叫川彳甘，）速度分析將式（）對時(shí)求一次導(dǎo)數(shù)，可得點(diǎn)的速度方程為：。夕日夕月

18、十臼）加速度分析戈爿一（月一少一，爿（）（）將式（）分別對時(shí)間求一次導(dǎo)數(shù)，可得點(diǎn)的加速度方程為：。簟一復(fù)（，月）一百，（口一一）夕虬日。（一）一（爿）（）級桿組的運(yùn)動(dòng)分析如圖（）所示的級桿組，若已知運(yùn)動(dòng)副、的位置么（，一）、（，比），速度丸、力、磚、弦，加速度囊、或、斃，桿長、乞，可求內(nèi)副的位置七（，占）、速度、兒和加速度、曉，以及構(gòu)件、的位置角、，角速度舀。、幺，角加速度反、以。）位置分析由圖（）可知兩外副、的位置之間的距離為：（一）（）（）若或，則構(gòu)件、無法裝配，此時(shí)該級組不成立。的夾角為：盧：（？）與軸的夾角為：（）（）】構(gòu)件的位置角為：（）（）（）式中，當(dāng)、三點(diǎn)的順序?yàn)槟鏁r(shí)針方向時(shí)，取

19、裝配模式參數(shù)：，反之?。阂弧Ｒ?、在同一構(gòu)件上，由式（）可得點(diǎn)的位置方程為：鏟¨縫口一（）一“剪義式液壓升降臺參數(shù)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析構(gòu)件的位置角：（丑一（）（占一（）速度分析由同一構(gòu)件上兩點(diǎn)的速度關(guān)系式（）可得：文爿一日（口一）一（）丸夕（）弗（占一）令：（）（占一爿）一（爿）（一墨）則：（）（一）（站一歲月）（占一）（文一文爿）（口一一）（夕一夕爿）（占一）將或代入式（）和（）中，可得點(diǎn)的速度為：兒曹砂電揣）加速度分析由同一構(gòu)件上兩點(diǎn)的加速度關(guān)系式（）可得：戈占一伐（，）一鲆（占一）甏一或（口一）一卯（一乇）蘿蘿爿反（）一卯（）名巨（口一）一卯（少），甏一卯（一）一彰（一）夕）一百（少

20、丑一）一百；（，）則：（口一）（一虼）（占一月）（）將龜代入式（）和（）中，得的加速度為：一一一一比以。兒一¨一兒、，一砰卯一兒“甜（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）第二章剪義式液乇升降臺數(shù)學(xué)模型的建上有源組的運(yùn)動(dòng)分析圖二所示為一缸級組，其、均為轉(zhuǎn)動(dòng)副（、為外副，為內(nèi)副），為有壓力源的氣液移動(dòng)副。已知：外副、的位置（，。）、（砰，），速度文。、幾、吱、或，加速度、虬、比；桿相對于的位移、速度、加速度；尺寸參數(shù)己知。求：內(nèi)副的位置（，）、速度扎、九和加速度、此，以及構(gòu)件、的位置角、：，角速度、百：，角加速度島、包。）位置分析有源級組的位置矢量方程（）圖一缸級有源組將上式投影到

21、直角坐標(biāo)上，經(jīng)整理可得叫包（）一月將上式兩個(gè)方程經(jīng)過整理可以消去含的項(xiàng)（）（月）式中：（一）：一由三角知識知曼口勿一¨（）兮卜一¨譫一餾代入式（），整理后可得魚上遇以坦（）（）拿圳留譬邶）解方程可得剪叉式液壓升降臺參數(shù)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析一。肚正薩蠆（）當(dāng)模型中彳、三點(diǎn)的順序?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)，取“一號，反之，取“”號。此時(shí)，可以求出一卜船仰；）速度分析將位置方程對時(shí)間求導(dǎo)得并投影到直角坐標(biāo)軸上得一厄良弘置“彳吧咀西一吖寶以以警碳，飛“囂由上式可求出：！絲絲里二匕！±！生二蘭叢整二當(dāng)！±墅（）（蜘一比）一（占一一）（工口一）此時(shí)，可以求出一船咖蜘兒船始以）加速度分析

22、將速度方程對時(shí)間求導(dǎo)并整理得，蜀。式中：，詔一一；，一百；島一夕一曉彳卯一；由式（）可以求出或石可此時(shí)，可以求出刪啡哩哪一咖喲（）（）（）（）（）（）（）第二量剪叉式液樂畀降臺數(shù)學(xué)模型的建立一又機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的建立油缸推力計(jì)算如圖所示：表示起升油缸，該種結(jié)構(gòu)主要用于低起升的單層升降臺，是最簡單的形式。建立以固定支點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，為軸，為軸的直角坐標(biāo)系。為便于分析油缸在機(jī)構(gòu)中的作用，拆去油缸，以油缸的推力作用于、兩銷軸，計(jì)算圖中關(guān)鍵點(diǎn)的虛位移如下，通過公式推導(dǎo)可求出一個(gè)油缸所需的推力：圖一油缸推動(dòng)一副剪叉數(shù)學(xué)模型一木，木木一木堆木列虛功方程：一乖半（）球（）卑（）球（）口，。一（）盧）（盧）（盧）一

23、（盧）式中：（）只最只舉升載荷平臺白重只組件模塊自重作用于、兩銷軸的油缸推力剪叉式液壓升降臺參數(shù)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析一叉機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及力學(xué)分析一個(gè)油缸推動(dòng)一副剪叉升降臺中，油缸是主動(dòng)件。整個(gè)機(jī)構(gòu)除底座外，就是一個(gè)工級有源桿組，不能再分。結(jié)合前面連桿機(jī)構(gòu)桿組分析法，現(xiàn)對升降臺進(jìn)行具體的機(jī)構(gòu)分析。該機(jī)構(gòu)無虛約束和局部自由度，可以拆分為基本桿組如圖所示：、各點(diǎn)位置分析升降臺上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻坐標(biāo)值都是油缸舉升角度的函數(shù)。按下面的順序確定各點(diǎn)的位置：）根據(jù)已知參數(shù)確定、點(diǎn)的坐標(biāo)（八）、（，）已知、點(diǎn)位置，油缸長度，調(diào)用有源桿組位置分析程序計(jì)算、圖機(jī)構(gòu)分析圖點(diǎn)的坐標(biāo)（），（。），（，）。（）（）、各鉸點(diǎn)力計(jì)算

24、在計(jì)算各鉸點(diǎn)力時(shí)，本文做了以下簡化：不考慮慣性力的影響；不考慮偏載；不考慮油缸的重量；剪臂的重力作用點(diǎn)在對稱中心點(diǎn)。通過計(jì)算得到的油缸推力，對各個(gè)構(gòu)件分別列出力和力矩平衡方程，求解就可以得到各鉸點(diǎn)的力。假設(shè)向右、向上為正，向下、向左為負(fù)，如求得的值為正，則與假定方向相同，反之則相反。受力圖如圖：對整體作受力分析：第二章剪義式液樂升降臺數(shù)：校瞿！自建立鏟三、；對桿作受力分析：列方向力平衡方程：一瓦（盧）列方向力平衡方程：（盧）一厶一，對點(diǎn)取矩：（），（盧）（盧），聯(lián)立可求得：；一（盧）口口七（§、）一圖機(jī)構(gòu)受力圖兩叉機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型建立油缸推力計(jì)算一個(gè)油缸推動(dòng)兩副剪叉需要計(jì)算鉸點(diǎn)位置較多，

25、所以在公式推導(dǎo)時(shí)采用統(tǒng)一的標(biāo)識。如圖所示：下端耳環(huán)分別標(biāo)記為、，上端耳環(huán)分別標(biāo)記為，、（其中是液壓缸的數(shù)量），下端耳環(huán)的長度為厶，上端耳環(huán)長度為，以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，為軸，為軸建立直角坐標(biāo)系，代表上平臺單側(cè)負(fù)重，拆去油缸，以油缸的推力作用于正、各銷軸處，然后用虛位移法求一個(gè)油缸所需的推力：。：（）一?？诩舨媸揭簤荷蹬_參數(shù)化設(shè)計(jì)及寶吉構(gòu)分析一，一，厶等等杠（曠）絲二坐墨一槭圖一油缸推動(dòng)兩副剪叉厶：掣小一槲（）甌（妻一口）（一）山乓一口）：（委一口）。（妒：）（一）三（妻一口），（妒：），。卜半一一（一）】屯驢等等（仍訓(xùn)屯，髓【一（一口）一？（妒：口）】屯毋吵（一）（一口）乞。（妒：）】屯在點(diǎn)處：方

26、向微位移與方向微位移之間的夾角為盧，點(diǎn)處方向微位移與第二量葛義式液壓升降臺數(shù)學(xué)模型的建立方向微位移之間的夾角為炒，：（），產(chǎn)名一，（一一口）（?。┻螅海┤纾ǘ剩┬l(wèi)李甄磊忑麗一二二一口一，一掣倥】。（盱口）列虛功方程：一尸。礦，帥，。，由此可以求出油缸的推力。當(dāng)時(shí)，為一液壓缸推動(dòng)兩副剪叉；當(dāng)時(shí)，為兩液壓缸推動(dòng)四副剪叉。兩叉機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及受力分析結(jié)合前面連桿機(jī)構(gòu)桿組分析法，可以對升降臺進(jìn)行具體的機(jī)構(gòu)分析。該機(jī)構(gòu)無虛約束和局部自由度，可以拆分為基本桿組如圖所示。、各點(diǎn)的位置分析升降臺上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻的坐標(biāo)值都是油缸舉升角度的函數(shù)。按下面的順序確定已知點(diǎn)的位置：）根據(jù)已知參數(shù)確定、，等點(diǎn)的坐標(biāo)（九）

27、，（）（），（）由，各點(diǎn)的位置、升降臺的初始安裝角及所求點(diǎn)與舉升角之間的關(guān)系，可以調(diào)用桿組位置分析程序計(jì)算其余點(diǎn)的坐標(biāo)。（、（）（一）（）（）（）剪又式液樂升降臺參數(shù)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析圖機(jī)構(gòu)分析圖圖機(jī)構(gòu)受力圖、各鉸點(diǎn)力計(jì)算在計(jì)算各鉸點(diǎn)力時(shí)，考慮到所求的為靜態(tài)平衡時(shí)的受力，本文做了以下簡化：不考慮慣性力的影響：不考慮偏載；不考慮油缸的重量；一層剪叉的重力作用點(diǎn)在該層的對稱中心點(diǎn)。在計(jì)算一油缸推動(dòng)兩副剪叉時(shí)，由于受力最大鉸點(diǎn)為最下面一副剪叉，在分析時(shí)也只以最下面一副剪叉為例給予說明。通過計(jì)算得到的油缸推力，對各個(gè)構(gòu)件分別列出力和力矩平衡方程，求解就可以得到各鉸點(diǎn)的力。同時(shí)做了下面的假設(shè)：各點(diǎn)受力方向

28、向右、向上為正，向下、向左為負(fù)，如求得的值為正，則與假定的方向相同，反之則相反。最下面一層剪叉受力圖如圖：對整體作受力分析：一一尸，毋了對最下層列出力的平衡方程并對點(diǎn)取矩可以求得：第二章剪義式液樂卉降臺數(shù)孚：模。，建立，。丘己一其中、可以通過對上層列出力的平衡方程，并對點(diǎn)及取矩聯(lián)立求得。三叉機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型建立油缸推力計(jì)算圖一油缸推動(dòng)三，勇叉一油缸推動(dòng)三副剪叉數(shù)學(xué)模型需要計(jì)算鉸點(diǎn)位置較多，所以在公式推導(dǎo)時(shí)采用統(tǒng)一的標(biāo)識。如圖所示：下端耳環(huán)分別標(biāo)記為、，上端耳環(huán)分別標(biāo)記為、（其中是液壓缸的數(shù)量），下端耳環(huán)的長度為，上端耳環(huán)長度為乞，以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，為軸，為軸建立直角坐標(biāo)系，代表上平臺單側(cè)負(fù)重，拆去油

29、缸，以油缸的推力作用于以、各銷軸處，然后用虛位移法求一個(gè)油缸所需的推力：掣。：掣口以：掣佃（。）：掣一州（盱）剪叉式液壓升降臺參數(shù)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析（告一口），（）：一口）口只（妄一口）（口）名（一）（詈一口）（）廠屯。：一堅(jiān)孚墮幽口一（，一）】。屯噦：皇掣，。（妒。一）】。尸。：一（妻一口）一（妒：）】允尸：（）（一口）乞。（妒：）】屯在尸點(diǎn)處：方向微位移與方向微位移之間的夾角為屈，以點(diǎn)處方向微位移與方向微位移之間的夾角為，：則，生一一（詈）一（）（）（詈）（）叫。蔓李忑忑而（）厶。（自）列虛功方程：由此可以求出油缸的推力。當(dāng)時(shí)為一油缸推動(dòng)三副剪叉；當(dāng)時(shí)為兩油缸推動(dòng)六副剪叉。三叉機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及受力

30、分析一尸。，。盧，酢一，眩一，結(jié)合前面連桿機(jī)構(gòu)桿組分析法，可以對升降臺進(jìn)行具體的機(jī)構(gòu)分析。該機(jī)構(gòu)無虛約束和局部自由度，可以拆分為基本桿組如圖所示：、各點(diǎn)位置分析第二章剪叉式液壓升降臺數(shù)學(xué)模型的建立升降臺上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻坐標(biāo)值都是油缸舉升角度的函數(shù)。按下面的順序確定各點(diǎn)的位置：）根據(jù)己知參數(shù)確定，點(diǎn)的坐標(biāo)（九），（。），（），（），（）（）【（一）（）（）（）（一【（一）（一）（、（）（）（）（）己知，的位置，升降臺的初始安裝角及所求點(diǎn)與舉升角之間的關(guān)系，可以調(diào)用桿組位置分析程序計(jì)算其余點(diǎn)的坐標(biāo)。、各鉸點(diǎn)力計(jì)算在計(jì)算各鉸點(diǎn)力時(shí)，考慮到所求的為靜態(tài)平衡時(shí)的受力，本文做了以下簡化：不考慮慣性力的

31、影響；不考慮偏載；不考慮油缸的重量；一層剪叉的重力作用簡化至該層的對稱中心。在計(jì)算一油缸推動(dòng)三副剪叉時(shí)，由于受力最大鉸點(diǎn)為最下面一副剪又，在分析時(shí)也只以最下面一副剪叉為例給予說明，其他各層的鉸點(diǎn)受力可以通過類似方法求得。利用油缸推力公式可以得到油缸的推力，對各構(gòu)件分別列出力和力矩平衡方程，求解就可以得到各鉸點(diǎn)的力。同時(shí)作了下面的假設(shè)：各點(diǎn)受力方向以向上、向右為正，向下、向左為負(fù)，如求得的值為正，則與假定的方向相同，反之則相反。最下面一層剪叉受力圖如圖：圖機(jī)構(gòu)分析剪義式液壓升降臺參數(shù)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析對整體作受力分析：三對最下層列出力的平衡方程并對點(diǎn)，點(diǎn)取矩可求得：。吆，其中隗、可由上層的力平衡方

32、程及轉(zhuǎn)矩方程聯(lián)立求解得到。圖機(jī)構(gòu)受力分析小結(jié)本章首先通過對升降臺分析，找出各種類型升降臺之間的共性規(guī)律，將其劃分為三種基本模塊，并應(yīng)用虛位移原理推導(dǎo)了各個(gè)模塊的油缸推力的計(jì)算公式，然后應(yīng)用有源桿組的分析方法對升降臺中的機(jī)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析及運(yùn)動(dòng)分析。第二章剪叉式液醫(yī)升降臺程亭設(shè)計(jì)第三章剪叉式液壓升降臺程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)概述本論文開發(fā)的應(yīng)用程序是基于桿組的可視化的剪叉式液壓升降臺設(shè)計(jì)與分析軟件。它簡單實(shí)用，用戶使月時(shí)，只要按照提示輸入原始的已知數(shù)據(jù)并按相應(yīng)的按鈕，就能實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)仿真，并可根據(jù)仿真簡圖隨時(shí)修改機(jī)構(gòu)參數(shù)，經(jīng)過運(yùn)動(dòng)分析后，按相應(yīng)的按鈕可以對分析結(jié)果進(jìn)行保存，并查看分析結(jié)果，若對結(jié)果不滿意，可

33、對參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。本軟件利用在平臺上開發(fā)。是當(dāng)今流行的面向?qū)ο箝_發(fā)工具中功能強(qiáng)大、使用方便、靈活的開發(fā)工具之一，它是由編程語言進(jìn)行對象特征擴(kuò)展后形成的，具有類、屬性、繼承、虛擬、多態(tài)、重載等各種面向?qū)ο蟮奶卣?，語言結(jié)構(gòu)簡單，代碼可讀性強(qiáng)。它包括了綜合的微軟基礎(chǔ)類庫（），這使得開發(fā)應(yīng)用程序變得簡單和高效；提供了復(fù)雜的資源編輯器和許多應(yīng)用程序組成元素；還有一個(gè)功能強(qiáng)大的（集成開發(fā)環(huán)境），可以在編寫程序時(shí)對程序的結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化管理，能夠進(jìn)行各種應(yīng)用程序的快速開發(fā)，具有極高的開發(fā)效率。此外，一個(gè)完全集成的工具能從各個(gè)角度來檢查程序運(yùn)行中的微小細(xì)節(jié)。系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法和分層設(shè)計(jì)的思想。分層設(shè)

34、計(jì)便于軟件擴(kuò)充，對每一層的擴(kuò)充和修改都不影響其它各層的正常運(yùn)行。軟件開發(fā)的目標(biāo)是在規(guī)定的投資預(yù)算和時(shí)間內(nèi)，開發(fā)出滿足用戶需求和性能的軟件。目前最有代表性的方法主要有：結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計(jì)技術(shù)、軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、快速原型設(shè)計(jì)技術(shù)、面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)技術(shù)。面向?qū)ο蠹夹g(shù)【】是一個(gè)非常適用而強(qiáng)有力的軟件開發(fā)方法，它具有許多特色：是方法的唯一性，即方法是對軟件開發(fā)過程所有階段進(jìn)行綜合考慮而得到的；二是從生存期的一個(gè)階段到下一個(gè)階段的高度連續(xù)性，即在一個(gè)階段所用到的部分與下一個(gè)階段所使用的部分是銜接的，所使用的技術(shù)經(jīng)過生存期每一個(gè)階段后不改變：三是把面向?qū)ο蠓治觯ǎ?、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)（）和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（）集成到

35、生存期的相應(yīng)階段。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)【，】面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是對結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的繼承和發(fā)展，它吸收了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)剪又式液壓升降臺參數(shù)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析計(jì)的全部優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又考慮到現(xiàn)實(shí)世界與計(jì)算機(jī)求解空間的關(guān)系，認(rèn)為現(xiàn)實(shí)世界是由一系列彼此相關(guān)并且能夠相互通信的實(shí)體組成，這些實(shí)體就是面向?qū)ο蠓椒ㄖ械膶ο?，而一些對象的共性的抽象描述，就是面向?qū)ο蠓椒ㄖ械暮诵念?。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法就是運(yùn)用面向?qū)ο蟮挠^點(diǎn)來描述現(xiàn)實(shí)問題，然后用計(jì)算機(jī)語言來描述并處理該問題。這種描述和處理是通過類與對象實(shí)現(xiàn)的，是對現(xiàn)實(shí)問題的高度概括、分類和抽象。每個(gè)對象都具有自己的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的函數(shù)，整個(gè)程序是由一系列相互作用的對象來構(gòu)成，對象

36、之間的作用是通過發(fā)送消息來實(shí)現(xiàn)。這樣的程序，數(shù)據(jù)和操作很好的封裝在對象中，數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限也可以得到有效的控制，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和格式的改變只是局限于擁有該數(shù)據(jù)的對象和類中，因此修改也較為方便。同時(shí)，通過由現(xiàn)有的類進(jìn)行派生，可以得到更多具有特殊功能的新類，對更為復(fù)雜的問題進(jìn)行描述，達(dá)到對現(xiàn)有源代碼的最大限度的重用，實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)?，F(xiàn)在，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其基本思想可表述如下：對象算法十?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)程序?qū)ο笫畬ο笫畬ο笫嫦驅(qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)與算法的一體性，認(rèn)為程序應(yīng)該是若干具有自己數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（屬性）、自己算法（方法）的對象實(shí)體的一種組合過程，這個(gè)過程中，對象是程序的核心。升降臺程序設(shè)計(jì)方法和過程升降臺程序設(shè)計(jì)方法面向?qū)ο蟮姆抡娉绦蛟O(shè)計(jì)解決的是把系統(tǒng)仿真方案用程序語言實(shí)現(xiàn)的問題，不同的系統(tǒng)，有不同的設(shè)計(jì)方法，相同的系統(tǒng)，也有不同的設(shè)計(jì)方法。在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中，也同樣存在各種各樣的具體設(shè)計(jì)思路和過程，但是，優(yōu)秀的程序設(shè)計(jì)，就是權(quán)衡了各種因素，從而使得設(shè)計(jì)從方案到實(shí)現(xiàn)能夠獲得最大的好處，比如可能縮短設(shè)計(jì)時(shí)間、減少代碼、易于修改、容易擴(kuò)充等等。經(jīng)過不斷的探索，人們總結(jié)出一些面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的準(zhǔn)則，本文的仿真軟件系統(tǒng)和仿真模型的設(shè)計(jì)中也盡量遵循了這些準(zhǔn)則。準(zhǔn)則：模塊化模塊化要求數(shù)據(jù)與操作