李 威，王克逸，韩 军，凌江波，高 晏

(1.中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系,安徽 合肥 230027; 2.总装工程兵科研一所, 江苏 无锡 214035)

三节臂挖掘装置的优化设计*

李 威1,2，王克逸1，韩 军2，凌江波2，高 晏2

(1.中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系,安徽 合肥 230027; 2.总装工程兵科研一所, 江苏 无锡 214035)

为了对三节臂挖掘装置进行优化设计，采用Denavit-Hatenberg齐次变换矩阵建立了整个挖掘装置的运动学模型，确定了各个关节相对于基础坐标系的函数关系式。根据三节臂挖掘装置的特点，建立了以挖斗挖掘时主挖掘区内挖斗油缸主动作用力充分发挥的比例为目标函数的优化设计计算模型，得到了挖掘装置在挖掘范围内的挖掘力的分布特性，为三节臂挖掘装置的设计提供了理论依据。

三节臂；挖掘装置；挖掘图谱；优化

0 前 言

三节臂挖掘装置由上动臂、下动臂、斗杆和挖斗及其驱动油缸组成[1]，该挖掘装置具有4个自由度。相对于传统折弯式挖掘装置，三节臂挖掘装置上、下动臂间夹角可通过驱动油缸调节，从而增大了挖掘范围，降低了布置的重心，提高了机械的工作性能。挖掘装置在作业空间里的力学特性及挖掘图谱，决定了挖掘装置在复杂环境下的作业性能，对三节臂挖掘装置的设计具有重要意义。

笔者利用空间机构学中的Denavit-Hartenberg法[2]，形成挖掘装置的齐次变换矩阵，描述挖掘装置的上动臂、下动臂、斗杆和挖斗相对于基坐标系中的空间几何关系；利用其几何关系，建立三节臂挖掘装置在各驱动油缸作用下挖掘装置的优化分析模型，并得到优化前后挖掘力分布特性的对比，对实例进行分析。……