基于4UPS/UP并联机构的波浪能转化装置设计与分析

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本文在对国内外典型波浪能转化装置分析基础上,提出一种基于4UPS/UP并联机构的波浪能转化装置,并对装置的构型设计、运动学分析、静力学分析和刚体动力学建模进行了系统的研究。主要研究内容如下:  首先介绍波浪能转化装置的研究背景和研究意义,对国内外波浪能转化装置的发展进程及典型波浪能发电装置的发展状况、工作特点进行介绍;根据波浪能转化装置的工作环境,提出装置设计过程中应遵循的设计原则;根据设计原则提出基于4UPS/UP并联机构的波浪能转化装置。  对波浪能转化装置4UPS/UP并联机构进行运动学建模,通过位置反解、速度和加速度求解,推导出各支链杆长、速度和加速度随时间变化表达式;结合具体波浪条件,对波浪能转化装置机构进行运动学分析,推导出液压缸杆长、伸缩速度和伸缩加速度随时间变化曲线,分别运用 MATLAB软件和 ADAMS软件进行数值计算和虚拟样机仿真分析,对比数值计算结果和仿真分析结果,验证运动学模型的正确性。  对波浪能转化装置机构进行静力学建模,得到静力平衡方程和静力传递矩阵,并推导出冗余力影响系数矩阵;以驱动力相对于动平台产生的力矩最小为优化目标对驱动力进行优化,推导出优化后驱动力表达式;结合具体波浪条件,运用MATLAB软件和ADAMS软件分别对支链受力和约束力矩进行数值计算和虚拟样机仿真,对比数值计算结果和仿真分析结果,验证静力学模型的正确性。  对波浪能转化装置机构进行刚体动力学建模,,对作为运动学基础的支链摆动角速度和支链的摆动角加速度进行计算,推导出摆动杆质心处和伸缩杆质心处线速度和线加速度表达式;建立支链坐标系,分别对 UPS支链、UP支链及动平台进行受力分析,列出支链动力学方程以及动平台动力学方程,进而推导出各支链驱动力、约束力及约束力矩表达式。
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