液压挖掘机挖掘动力学建模研究
液压挖掘机工作循环数学建模与动态特性分析
03
动态特性分析
动态特性研究方法
建立数学模型:通过建立液压挖掘机的数学模型,分析其动态特性 仿真分析:通过仿真软件,对液压挖掘机的动态特性进行仿真分析 实验验证:通过实验,验证液压挖掘机的动态特性 优化改进:根据分析结果,对液压挖掘机的动态特性进行优化改进
挖掘机的动力学分析
挖掘机动力学模 型:描述挖掘机 运动和受力的数 学模型
预测液压挖掘机的工作性能 优化液压挖掘机的设计参数 提高液压挖掘机的生产效率 降低液压挖掘机的生产成本
在使用阶段的应用
预测挖掘机的工作性能 优化挖掘机的工作参数 评估挖掘机的故障风险 提高挖掘机的工作效率
在维护阶段的应用
预测故障:通过数学模型预测液压挖掘机可能出现的故障 优化维护计划:根据数学模型优化维护计划,提高维护效率 监控设备状态:通过数学模型监控液压挖掘机的工作状态,及时发现问题 提高设备利用率:通过数学模型提高液压挖掘机的利用率,降低维护成本
动力学方程:描 述挖掘机运动和 受力的微分方程 组
动力学分析方法: 数值积分法、有 限元法等
动力学分析结果: 挖掘机在不同工 况下的运动和受 力情况
动态特性的影响因素
液压系统的压力和流量 挖掘机的工作循环模式 挖掘机的结构设计和材料选择 工作环境和操作条件
动态特性的优化策略
优化液压系统的 压力和流量
液压挖掘机工作循环的数学建模与动态特性分析还可以为液压挖掘机的故障诊断和维修提供参 考。
对未来研究的建议
深入研究液压挖掘机的工作循环数学建模,提高模型的准确性和可靠性 研究液压挖掘机的动态特性,提高其工作效率和稳定性 研究液压挖掘机的节能减排技术,降低能耗和排放 研究液压挖掘机的智能化技术,提高其自动化和智能化水平
机器人液压挖掘机运动系统的建模与控制
第 卷第 期年 月机器人 ×∂文章编号 2 2 2机器人液压挖掘机运动系统的建模与控制3张海涛 何清华 张新海 黄志雄中南大学机电学院 湖南长沙摘 要 首先利用机器人运动学将铲斗的理想运动轨迹和各工作装置的目标转角序列联系起来 然后利用拉格朗日方程建立各工作装置的运动学模型 最后推导出 ⁄∂液压驱动系统的电液模型 从而得到了挖掘机器人运动系统的完整模型 针对系统动力学的高非线性!参数的不确定性!外界干扰及比例方向阀的死区及非线性增益等特点 提出一种建立在自适应鲁棒控制基础上的非连续映射方法来处理运动系统并利用鲁棒反馈来消除近似误差 最后利用动臂控制试验来验证控制方法的正确性关键词 挖掘机器人 运动控制 系统模型 自适应鲁棒控制中图分类号 ×° 文献标识码ΜοδελινγανδΧοντρολοφτηεΜοτιονΣψστεμοφαΗψδραυλιχΡοβοτιχΕξχαϖατορ2 ∞± 2 ∏ ÷ 2 2¬(ΧολλεγεοφΜεχηανιχαλανδΕλεχτριχαλΕνγινεερινγ,ΧεντραλΣουτηΥνιϖερσιτψ,Χηανγσηα ,Χηινα)Αβστραχτ:× ∏ √ ∏ 2 ∏ ∏ × 2 ∏ ⁄∂ ∏ √ ∏ ¬ √ 2 ∏ ∏ ¬ 2 ∏ √ √ ∏2 ∏ √ ∏ ∏ ƒ 2 ¬ ∏ Κεψωορδσ: ¬ √ √ ∏1 引言(Ιντροδυχτιον)本文利用湖南山河智能机械股份有限公司生产的≥•∞ 液压挖掘机为平台进行机器人技术改造电液比例改造如图 所示 在原系统的基础上 每一工作装置都增加了两个梭阀和两个比例减压阀 从而实现了人工控制和电液比例遥控的快速方便转换硬件控制系统构成如图 所示 系统分为上!下位机两级结构上位机°≤计算机根据目标轨迹计算出相应的目标转角序列传递给下位机下位机根据上位机的目标转角指令并采样检测到的关节位置信号和油缸压力信号执行位置控制算法 输出电压信号控制先导阀驱动工作油缸图 改造后的电液系统示意图ƒ ≥ ∏3基金项目 国家 计划资助项目 收稿日期图 控制系统的硬件构成ƒ ∏2运动系统模型的建立(Μοδελινγοφτηεμοτιονσψστεμ)挖掘机器人运动控制系统由控制器!液压动力系统和挖掘机工作装置组成,其中工作装置主要是由上车!动臂!斗杆!铲斗等组成.2.1工作装置运动学分析建立工作装置的运动学模型是为了将铲斗尖的目标轨迹转化为实现该轨迹所需要的目标转角序列,并确定液压缸活塞杆的伸缩序列.图 定义了基坐标系Ο{ΞΨΖ}来描述铲斗尖的位置,并将Ο {ξψζ}!Ο{ξψζ}!Ο{ξψζ}!Ο{ξψζ}系统地加在各关节处,从而得到各坐标系之间的⁄2 变换矩阵为:Αιι− =Ηι− ΑιΗιΑιΗιαιΗιΑιΗι− ΑιΗιαιΗι ΑιΑιδι( )其中ι , , ,,将这些矩阵相乘便可以得到决定铲斗位置和方向的/手0矩阵:Α(αααα)(αααα)αΗαΗαΗδ( )其中(Η),(Η),(ΗΗΗ ),(ΗΗΗ).对于以时间τ为自变量的给定铲斗运动轨迹φ(τ),理想的铲斗位置和方向又可用基坐标系中的一个位置矩阵即φ(τ) [νξ,σξ,αξ,πξ;νψ,σψ,αψ,πψ;νζ,σζ,αζ,πζ; , , , ]表示出来,其中ν!σ!α为姿态矩阵,π为位置向量,通过解方程( ),便可以求出与理想轨迹点对应的各铰点的关节角为:φ(τ)=Α(τ)( )图 液压挖掘机工作装置运动学模型ƒ ∏¬ √ π2.2工作装置的动力学模型挖掘作业时,挖掘机工作装置在铅直面内运动,故可设转角Η.每个工作臂的动力学方程可根据拉格朗日方程导出.本文以动臂为例,设斗杆和铲斗固定,动臂缸无杆腔和有杆腔的压力分别为Π和Π,面积分别为Α 和Α ,Τ(τ,Η ,Η. )为含外载和摩擦阻力矩的总干扰力矩,ξ!ψ为大臂重心在ο{ξψζ}中的坐标,ξ !ψ 为斗杆重心在ο {ξ ψ ζ }中的坐标,ξ!ψ为铲斗重心在ο{ξψζ}中的坐标值;Ι!Ι!Ι分别为动臂!斗杆和铲斗相对于其重心的转动惯量;μ!μ!μ分别为动臂!斗杆和铲斗的质量,μΛ为铲斗中未知负载的质量,则动臂相对于铰点Ο的动力学方程为:(ΔχμΛλε)Η..Γχ(Η) μΛγλγ(Η)5ξΛ5Η(ΠΑΠΑ) Τν(τ,Η,Η.)( )式中,ΔχΙμ(ξλ) μψΙμ(ξλλ) μ(ψλ) Ιμ(ξλλλλ) μ(ψλλλ)Γχμγλμγξβχμγψβμγ(λλ) μγ(ξψ) μγλμγλμγλμγξμγψ其中!!为 (Η)! (ΗΗ)! (ΗΗΗ).2.3电液比例系统模型[5,6]液压挖掘机的油缸由换向阀控制,换向阀的开口量由比例阀输出油压大小所确定,而比例阀减压机器人 年 月阀输出的油压由控制器输出的电压大小所决定.液压系统模型如图 所示.图 ⁄∂液压系统示意图ƒ ≥ ⁄∂ ∏设:( )比例阀为对称三位四通阀,阀内流体为紊流;( )忽略管道压力损失及其动态特性;( )比例阀的死区对称.以动臂阀控液压缸为例,其动力学模型为:ς (ξΛ)ΒεΠ.=−Α ¾ξΛ+Θ =−Α 5ξΛ5ΗΗ.+Θ ς (ξΛ)ΒεΠ. =Α ¾ξΛ−Θ =Α5ξΛ5ΗΗ. −Θ ( )其中ς (ξΛ) ςη Α ξΛ,ς (ξΛ) ςη Α ξΛ,为两个腔的控制容积,ςη 和ςη 分别为进油路和回油路在ψ时的容积,Βε为有效体积模量,Θ 和Θ 分别为进入和流出液压缸的流量,设Πρ为回油压力,ΠΛΣ和Πη分别为ΛΣ阀和压力补偿阀弹簧的压力,由 ⁄∂系统工作原理[ ]可得:Θ Χδ Ωξϖφ (∃Π )Χδ ΩξϖΠΛΣ ΠηΧδ ΩξϖΠ Πρξϖ∴ ξϖΘ Χδ Ωξϖφ (∃Π )Χδ ΩξϖΠ ΠρΧδ ΩξϖΠΛΣ Πηξϖ∴ ξϖ( )由于比例阀存在死区,且试验表明流量增益Χδ为非线性的[ ],如图 所示,设比例阀的净开口量为:ξ √=ξϖ−ξδξϖ+ξδ, ξϖ∴ξδ,−ξδ[ξϖ[ξδ, ξς<−ξδ( )其中ξδ为阀的死区,简便起见,我们用两条直线来近似阀的流量增益系数,为了便于控制,我们将阀的流量Θ分为式( )所表示的两部分,其中ΘΜ为简化了的流量映射函数,Θ∗为流量映射的模型误差,Θ∗的影响将通过一定的鲁棒反馈来进行处理.而ΘΜ的表达式为式( ),对于一定的阀位移点而言,Χδ 和Χδ 为常量.Θ(ξϖ,∃Π)=ΘΜ(ξϖ,∃Π)+Θ∗(ξϖ,∃Π)( )Θ Μ=Χδ Ωφ (∃Π )ξ √Θ Μ=Χδ Ωφ (∃Π )ξ √( )3 适应鲁棒控制器的设计(Δεσιγνοφτηεα2δαπτιϖεροβυστχοντρολλερ)由挖掘机模型可知,对挖掘机进行控制的主要难点在于:∞系统的动力学是强非线性的;ƒ系统参数存在不确定性,如惯性负载μΛ!液压系统体积模量Βε的不确定性; 外界干扰和未建模的摩擦力引起的干扰Τν; 方向阀的死区!非线性流量增益等.为了解决上述问题,本文采用建立在自适应鲁棒控制器基础上的非连续映射来处理系统的非线性及参数的不确定性,利用图 中以通过坐标原点且与ξ轴成 β的直线为对称轴!增益曲线的对称曲线对阀的死区进行补偿,并利用鲁棒反馈来补偿流量映射误差.主要考虑由未知载荷μΛ!体积模量Βε和集中干扰Τν三个不确定参数,设θ(λε/ϑχ)μΛ,θΤνϑχ μΛλε,θ Βε,并且θ [θ ,θ ,θ ]×,则式( )!( )可以变换为以θ为参数的线性函数:Η..θ ϑχ[5ξΛ5Η (Π Α Π Α ) Γχ(Η )] θλ εγλγλ εγλγ θ Τ∗(τ,Η ,Η# )Π.Η ς ( Α 5ξΛ5ΗΗ.Θ Μ Θ∗ )Π.Η ς(Α5ξΛ5Η Η. Θ Μ Θ∗ )( )其中Τ∗Τ(τ,Η ,Η.) Τνϑχ μΛλε,θ [θ[θ ¬, Τ∗[ΔΤ,第 卷第 期张海涛等 机器人液压挖掘机运动系统的建模与控制Θ∗[ΔΘ , Θ∗[ΔΘ ,且θ !θ ¬!ΔΤ!ΔΘ !ΔΘ 已知.设⊥θ和θ∗为θ的估计值和估计误差,接下来寻找自适应法则( ),式中#为对角矩阵,Σ为自适应函数,ΠροϕΗ(#)为非连续投影映射.⊥θ.=ΠροϕΗ (#Σ)( )( )Π Α Π Α ΠΛ为方程( )的输入,因此要寻找有效输入ΠΛδ使得输出误差ζ Η Η δ趋近于零,以保证轨迹跟踪精度.设:Η.ρ Η.δ κ ζ ,Η..ρ Η..δ κ ζ.,ζ Η.δ Η.ρ<ϑχ(5ξΛ5ΗΠΛδα Γχ) γλγ/λε, , ×由式( )并根据 ∏ √函数,可得:ΠΛδ ΠΛδα ΠΛδσ,Σ < ζ ΠΛδα5Η 5ξΛ[ΓΧ(Η )ϑχθ(⊥θ.λ εγλγλ εγλγ ⊥θ &θ ρ)] ΠΛδσ ΠΛδσ ΠΛδσ ΠΛδσϑΧθ 5Η 5ξΛ(κ σ κ )ζ ,κ( )( )设ζ ΠΛ ΠΛδ为输入误差,接下来将推出实际控制法则使ζ 趋于零.由式( )可得: ¾ζ Π.Λ Π.Λδ θ(Ας Ας )5ξΛ5Η Η.(Α ςΘ ΜΑ ςΘ Μ) (Α ςΘ∗Α ςΘ∗)Π.Λδχ Π.Λδυ( )其中Π.Λδχ5ΠΛδ5ΗΗ.5ΠΛδ5Η.Η.. 5ΠΛδ5τ为Π.Λδ的计算部分,通过鲁棒反馈处理Π.Λδ的误差部分Π.Λδυ5ΠΛδ5Η.[ϑχ#(5ξΛ5ΗΠΛ Γχ(Η ))θ∗λεγλγθ∗ θ∗ Τ∗] 5ΠΛδ5θ⊥θ..在式( )中,Α ςΘ ΜΑ ςΘ Μ ΘΛ可视为有效输入,本过程将推导出ΘΛ的理想输入ΘΛδ,使ΠΛ跟踪步骤( )中推出的理想控制函数ΠΛδ.控制函数ΘΛδ和自适应函数Σ 分别为:ΘΛδ(Η ,Η.,Π ,Π ,⊥θ,τ)=ΘΛδα+ΘΛδσΣ =Σ +< ζ ΘΛδα=−θ ΘΛδεΘΛδσ=ΘΛδσ +ΘΛδσΘΛδσ =−θ(κ +κ σ )ζ , κ >( )其中Σ Σ < ζ ,ΘΛδε ϑχ5ξΛ5Η ζ ⊥θ ⊥θ(Ας Ας )5ξΛ5Η #Η.Π.Λδχ,< [ ϑχ5ξΛ5Η ζ 5ΠΛδ5Η.[ ϑχ(5ξΛΘ5Η ΠΛ Γχ(Η )) λ εγλγ], 5ΠΛδ5Η., (Ας Ας )5ξΛ5Η Η. ΘΛδα]×在得到ΘΛδ的值后,由式( )!( )便可以计算出理想的阀芯净位移为:ξ √=ΘΛδ(Η ,Η.,Π ,Π ,⊥θ,τ)Α ςΧδ φ (∃Π )+Α ςΧδ φ (∃Π )( )设阀芯的位移与控制电压υ阀芯位移ξϖ成正比,即ξϖΚυ,则:υ=Κξϖ=Κ(ξ √+ξδ)Κ(ξ √−ξδ) ξ √∴ξ √=ξ √<( )令自适应法则( )中的Σ Σ ,选择κ σ !κ σ 使得κ σ∴+#< + ,κ σ ∴+#< +,那么使用控制法则( )便可以达到较好的控制精度.图 比例阀流量增益的非线性特性ƒ √ √4 试验研究及结论(Εξπεριμεντανδχονχλυ2σιον)以湖南山河智能机械股份有限公司的≥•∞ 液压挖掘机器人为试验平台对动臂进行转角控制试验 控制系统的硬件结构如图 所示 设动臂的目标转角运动以 β为中心!幅值为 β的一个正弦曲线 试验结果如图 所示 结果表明控制器能较好地完成对理想轨迹的跟踪机 器 人 年 月本文提出了一种对挖掘机进行运动轨迹控制的方法 能够保证必要的精度 在本系统的基础上进行通讯系统的设计 便可以实现挖掘机的遥控操作 在此基础上解决挖掘机的运动规划问题 便可以实现全自动化挖掘图 大臂转角控制试验ƒ ∞¬ π参考文献(Ρεφερενχεσ)≈ ⁄ ≥ ⁄ × √ ∏2 ∏ ¬ √ ≈ ∏ ≥ 2 ≈ ± ≥ ∏ ± ¬ √ ∏ ∏ 2 ≈ ∞∞∞ ∏≈ ≠ √ ∏ ≈ ° ∞∞∞≤ ⁄ ≤ ≈≤≈ 朱湘翼 机械铲式挖掘机机器人化的探讨≈ 机器人≈ 孙守迁 冯培恩 金永昕 微机操纵液压挖掘机反铲典型作业循环过程路径规划及运动学研究≈ 工程机械 ≈ 李兰生 邹占江 液压挖掘机工作装置专家模糊控制系统的研究≈ 矿山机械≈ 罗安 智能电液比例位置伺服系统≈ 组合机床与自动化加工技术≈ 张铁 朱明才 工程建设机械机电液一体化≈ 山东 石油大学出版社作者简介张海涛 2 男 工程师 硕士研究生 研究领域 矿山机械 工程机械 液压传动与控制何清华 2 男 教授 博士生导师 研究领域 液压工程机械 凿岩机器人技术上接第 页5结论(Χονχλυσιον)本文借助流体动力计算软件≤ƒ÷和 对水下滑翔机器人的阻力!流场及运动特性进行联合仿真 结果表明 这种直观而快速的设计方法给水下滑翔机器人方案设计带来较大的便利 应该指出的是 还可以利用≤ƒ÷与 ≥ ∞ 软件进一步对水下滑翔机器人的水动力系数进行模拟仿真通过≤ƒ÷和 的联合仿真 我们得到了比初步方案更为优越的水下滑翔机器人外形 这为我们在方案设计阶段把握水下滑翔机器人载体的外形对载体运动的影响 从而实现对载体的外形修正提供了一种较为直观的手段致谢本文在完成过程中 得到了吴利红博士和康涛硕士的大力帮助 在此表示诚挚的谢意参考文献(Ρεφερενχεσ)≈ 蒋新松 封锡盛 等 水下机器人≈ 沈阳 辽宁科学技术出版社≈ 陈厚泰 潜艇操纵性≈ 北京 国防工业出版社 ≈ 施生达 潜艇操纵性≈ 北京 国防工业出版社≈ 孙元泉 马运义 邓志纯 等 潜艇和深潜器的现代操纵理论与应用≈ 北京 国防工业出版社≈ 邵世明 赵连恩 朱念昌 船舶阻力≈ 北京 国防工业出版社≈ 徐燕侯 过明道 徐立功 等 流体动力学≈ 北京 科学出版社≈ 张宇文 鱼雷总体设计原理与方法≈ 西安 西北工业大学出版社≈ 燕奎臣 等 深海作业型自治水下机器人总体方案设计报告 载体分系统设计分册 ≈ 沈阳 中科院沈阳自动化研究所科技报告≈ 袁学庆 等 自治水下机器人阻力的数值模拟与试验研究≈ 沈阳 中科院沈阳自动化研究所作者简介胡克 2 男 研究领域 水下机器人结构设计与水动力分析俞建成 2 男 研究领域 水下机器人设计 导航与控制张奇峰 2 男 研究领域 水下机器人设计 导航与视觉第 卷第 期张海涛等 机器人液压挖掘机运动系统的建模与控制。
某型液压挖掘机动力总成设计与研发
某型液压挖掘机动力总成设计与研发随着城市建设的不断推进,挖掘机在现代化施工中扮演着非常重要的角色,特别是在土木工程和矿山领域。
液压挖掘机作为一种高效、多功能、具有强大工作能力的机械设备,其动力机组是它的核心部件。
本文着重探讨某型液压挖掘机动力总成设计与研发的相关问题。
一、某型液压挖掘机基本情况某型液压挖掘机是一种轮式挖掘机,其整机由底盘、旋转机构、工作装置等几个部分组成,动力机部分则包括发动机和液压系统。
底盘:底盘是整个液压挖掘机的支撑骨架,其主要承载着液压挖掘机的重量和动力装置,同时也是整个机体的牵引力来源。
其结构特征为齿轮输出,采用了大范围锻造和模块化设计,从而大大提升了系统性能。
旋转机构:旋转机构承载液压挖掘机上部的工作装置,并能够让其360度的旋转。
其结构特点为滑动阀调节液压马达输出,且通过同步轴来控制整机移动。
工作装置:工作装置通过液压伸缩活塞实现挖掘动作的完成。
其结构特点为高效强力。
动力装置:动力装置是液压挖掘机的核心部件,也是本文关注的重点。
其包括发动机和液压系统两部分。
二、某型液压挖掘机动力总成研究现状液压挖掘机的动力总成是其核心组成部分之一,在其汽车工业发展的历史中,动力总成的研究和应用始终是一个重点和难点。
此外,全球范围内的相关工厂也在不断地推陈出新,争相提高液压挖掘机动力总成的性能和使用寿命。
而在本型号液压挖掘机的动力总成设计和研发中,也遵循着这一方向。
发动机:液压挖掘机的发动机种类繁多,常见的有汽油机、涡轮增压式柴油机、双涡轮增压式柴油机等。
在本型号液压挖掘机中,采用了柴油机作为动力来源。
某型挖掘机的发动机广泛采用的是同类别上中功率柴油机,混合式液压系统有助于进一步提高其燃油经济性。
液压系统:液压系统是解决液压挖掘机如何进行被动工作的关键之一。
在某型号液压挖掘机中,液压系统控制了所有的液压功能例如挖掘、铲运、倾倒等,是液压挖掘机性能的决定性因素之一。
在其研发过程中,也最大化地提高了有效功率,并推出了独有的篮球形设计方案。
液压挖掘机工作装置的建模与仿真分析
。
纵观我国液压挖掘机 30 余年的发展历史,大致可以分成以下几个阶段: (1)开发阶段(1967 年—1977 年)。以测绘仿制为主的开发,通过多年坚持不懈的努力,克服一个一 个的困难, 有少量几种规格的液压挖掘机终于获得初步成功, 为我国挖掘机行业的形成和发展迈出了重 要的一步。 (2)液压挖掘机发展、提高并全面替代机械挖掘机阶段(1978~1986 年)。这个阶段通过各主机生产厂 引进技术(主要是德国挖掘机制造技术)的消化、吸收和移植,使我国液压挖掘机产品的性能指标全面提 高到国际 70 年代末 80 年代初期的水平。全国液压挖掘机平均年产量达到 1230 台。 (3)液压挖掘机生产企业数量增加,新加入挖掘机行业的国有大、中型企业以技贸结合,合作生产 方式联合引进日本挖掘机制造技术(1987 年~1993 年)。由于国内对挖掘机需求量的不断提高,新加入 挖掘机行业的企业通过开发和引进挖掘机制造技术, 其产品批量或小批量的投放国内市场或出口, 打破 了多年来主要由六大家挖掘机生产企业垄断国内挖掘机市场的局面, 引进了有益于提高产品质量、 性能 和产量的良性竞争。这个期间国内液压挖掘机的年均产量提高到 2000 余台。 (4)国内液压挖掘机供需矛盾日益扩大,广大用户为了提高施工质量和按期完成施工任务,对使用 高质量、高水平、高效率挖掘机的兴趣日趋浓厚。国外各著名挖掘机制造厂商纷纷前来中国创办合资、 独资挖掘机生产企业。从 1994 年开始,特别到 1995 年在我国挖掘机行业掀起了一股不小的合资浪潮. 其中美国卡特彼勒公司率先在徐州金山桥开发区建立了生产液压挖掘机的合资企业, 随后日本小松制作 所、日立建机株式会社、神户制钢所、韩国大宇重工业、现代重工业以及德国利勃海尔公司等都相继在 中国建立了合资、独资挖掘机生产企业,生产具有世界先进水平的多种型号和规格的液压挖掘机[7]。
挖掘机液压系统建模与仿真课件
选择仿真软件
实现仿真模型
根据仿真目标和数学模型,选择适合的仿 真软件,如MATLAB/Simulink、ANSYS等 。
将数学模型转化为仿真模型,进行参数设 置和模型搭建,确保仿真模型的正确性和 可行性。
仿真实验与分析
01
02
03
设计仿真实验
根据仿真目标,设计相应 的仿真实验,包括实验条 件、实验步骤、实验数据 采集等。
工作原理
挖掘机液压系统的工作原理是利用液压泵将动力源的机械能转化为液体的压力能 ,然后通过液压缸将液体的压力能转化为机械能,从而实现挖掘机的各种动作。
挖掘机液压系统的特点与优势
特点
挖掘机液压系统具有体积小、重 量轻、功率密度大、响应速度快 、控制精度高等特点。
优势
挖掘机液压系统具有结构简单、 维护方便、可靠性高、成本低等 优势。
液压系统在挖掘机中的关键作用
02
挖掘机液压系统是实现其各种动作的核心部分,对于挖掘机的
性能有着重要影响。
建模与仿真技术在机械系统中的价值
03
通过建立模型和进行仿真,可以更好地理解系统的运行机制,
为优化设计提供依据。
研究现状与发展
挖掘机液压系统研究现状
国内外学者针对挖掘机液压系统进行了大量研究,包括系统设计 、性能分析、故障诊断等方面。
通过调整模型参数,优化系统 的性能指标,如能耗、效率、 速度等。
在保证系统稳定性和可靠性的 前提下,实现挖掘机液压系统 性能的最优化。
04 挖掘机液压系统 仿真
仿真模型的建立与实现
确定仿真目标
建立数学模型
针对挖掘机液压系统的特定功能或性能进 行仿真,如挖掘、旋转、行走等。
根据挖掘机液压系统的原理和结构,建立 相应的数学模型,包括液压缸、液压泵、 液压阀等组件的数学模型。
基于刚柔耦合的液压挖掘机机械臂非线性动力学研究
No n l i n e a r dy n a mi c a l be ha v i o r a na l y s i s o n r i g i d- le f x i b l e c o up l i ng me c h a ni c a l a r m o c a v a t o r
WANG Xi a n g— b i n g,T ONG S h u i — g u a n g
( D e p a r t m e n t o f E n e r g y E n g i n e e r i n g , Z h e j i a n g U n i v e r s i t y ,H a n g z h o u 3 1 0 0 2 7 , C h i n a )
形, 利用 L A G R A N G E定理和虚功原理建 立挖掘机臂架系统 刚柔耦 合 的非线 性动力学 方程 。对 已建 立的动力 学方程利 用 MA T L A B进行数值 求解 , 运用仿 真软件 A D A MS 及N A S T R A N建立液压 挖掘 机机械 臂刚柔耦 合模 型并进 行仿真分 析 , 通 过对 比二者结 果表明动力学方程建模方 法的正确性 。运用数值求解方法进行模态 计算 和动力学响应分析 , 求解相关 几何
振 第3 3卷第 1期
动
与
冲
击
J OURNAL OF VI BRAT I ON AND S H0C K
基 于 刚 柔耦 合 的 液压 挖 掘 机机 械 臂 非 线性 动 力 学研 究
王相兵 , 童水光
( 浙江大学 能源工程学系 , 杭州 3 1 0 0 2 7 )
摘 要 :为准确描述液压挖掘机机械臂动力学模型, 根据柔性多体动力学理论, 采用模态函数描述臂架的弹性变
液压挖掘机工作装置的动力学分析及仿真
26
机械传动
2 l2 H + l2 H] - L 3 2 l HlH] [ T] [ [ T2] : Tl] 等效力矩阵为
2005 年
等效有限元方法, 表示单元节点号与系统节点号之间 为 关系的关联阵 [ Nm ]
x3 :
[ F ]:[ Ml F cos "3
0
0
T 0]
M2
0
0
M3
F sin "
8
曲秀全 . 单自由度平面连杆机构等效转动惯量的计算公式 . 哈尔滨 工业大学学报,2004 . 5 610 ~ 612
图4
动臂的仿真曲线
9 车仁炜 . 一种自动仓储货运车工作装置的设计及动力分析 . 大连铁 道学院学报,2004 . 2 . 9 ~ 12 10 王国强, 张进平 . 虚拟样机技术及其在 ADAMS 上的实践 . 西安: 西 北工业大学出版社, 2002 收稿日期: 20041205 资助项目: 黑龙江省自然科学基金资助项目 (F01 - 23) 哈尔滨工业大学跨学科交叉基金资助项目 (HTT. MD 2000 . 17) 作者简介: 车仁炜 (1964 - ) , 女, 黑龙江哈尔滨人, 博士研究生
[6, 7] 本文采用等效元素法 对液压挖掘机工作装置
A l lI ! (! 2 2 (1)
进行动力分析, 并在 ADAMS 上进行动力学仿真, 改动 了模型后可以直接在仿真中把改动体现出来; 调整了 某设计参数或某关节的运动规律后无需改动程序就可 以直接进行运动学与动力学的重新计算。
(2)
1
!.!
动力学建模
等效原则 等效元素法的基本思想是把有限元方法与等效的
式中
— —系统等效质量阵, 它由单元质量阵和表 M— 示系统可能位移与单元节点坐标之间关 系的关联阵 [ Nm ] 所决定。 — —雅可比阵, 它建立了广义坐标和为推导 T— 和建立有限元模型的方便而设定的系统 "Ri 。 运动自由度之间的关系 [ T] = "gS — —广义坐标阵 g—
液压挖掘机的系统建模与控制
液压挖掘机的系统建模与控制液压挖掘机是一种高效的工程机械,被广泛应用于土方工程、采矿和建筑等领域。
液压挖掘机的核心部件是液压系统,其负责对挖掘机的各项运动进行控制和协调。
由于液压挖掘机的工作环境十分恶劣,其液压系统的设计和控制系统的研发都十分具有挑战性。
本文将探讨液压挖掘机的液压系统建模和控制。
一、液压系统的建模液压系统的建模是指将其抽象为一个数学模型,以便于对其进行控制和分析。
液压系统的建模可以分为两个层次:系统层次和元件层次。
1.系统层次建模系统层次建模是将整个液压系统抽象为一个闭合的控制系统,其中输入是液压泵的输出压力和流量,输出是液压缸的运动速度和力。
系统层次建模中,液压系统可以看作是一个混沌、耗散、非线性系统。
针对这类系统,通常采取状态空间模型进行建模,即将系统表示为一个一阶微分方程组。
这种建模方法可以更好地反映液压系统的动态响应特性。
2.元件层次建模元件层次建模是将液压系统抽象为多个基本构件组成的网络,以便于对各个构件进行建模和分析。
在元件层次建模中,设计液压系统常用的元件有:液压泵、液压缸、液压马达、电磁换向阀、安全阀等。
这些元件的建模通常采用动态流量法或静态力平衡法。
二、液压系统的控制液压系统的控制是指控制系统对液压系统各项运动进行协调和调节。
液压挖掘机的工作环境十分复杂,其液压系统的控制设计往往需要考虑各种外部干扰以及自身的稳定性和安全性等因素。
1. PID控制PID控制是一种经典的控制方式,常用于对液压系统进行控制。
PID控制器包括三个部分:比例环节、积分环节和微分环节。
比例环节对误差进行线性比例控制,积分环节对误差进行积累控制,微分环节则对误差进行微分控制。
PID控制器可以自适应地调节参数,从而达到更好的控制效果。
2. 模糊控制模糊控制是一种非线性控制方法,它适用于复杂的非线性系统。
液压挖掘机的液压系统具有强耦合、非线性等特点,因此模糊控制可以应用于对其进行控制。
模糊控制器就是将控制量和被控量抽象为模糊量,并通过一定的推理机制处理模糊信息,从而实现系统的控制和调节。
液压机械系统的动力学建模与控制
液压机械系统的动力学建模与控制液压机械系统是一种将液体作为传动介质的机械系统,广泛应用于各个工业领域。
液压机械系统的动力学建模与控制是研究该系统性能和稳定性的重要方向。
本文将从动力学建模和控制两个方面讨论液压机械系统的相关问题。
一、液压机械系统的动力学建模液压机械系统的动力学建模是为了描述系统在不同工况下的运动特性和力学行为。
在建模过程中,我们需要考虑液体的力学特性、工作油路的结构和元件的参数等因素。
首先,液体的力学特性对于液压机械系统的动力学建模非常重要。
液体在受力时会产生压力和流速的变化,这些变化需要通过基本的流体力学方程来描述。
例如,连续性方程可以描述液体的质量守恒,动量方程可以描述液体中的力和加速度之间的关系。
其次,液压机械系统的工作油路结构也是建模中需要考虑的因素之一。
液压机械系统通常由液压泵、阀门、液压缸等组成,这些元件之间的连接方式和工作方式会影响系统的动力学行为。
因此,在建模过程中需要根据实际系统的结构来确定合适的数学模型。
最后,液压机械系统的元件参数也需要考虑进动力学建模中。
元件参数包括液压缸的面积、摩擦系数、泵的流量特性等。
这些参数会直接影响系统的响应速度、承载能力和能耗等性能指标。
二、液压机械系统的控制液压机械系统的控制是为了实现对系统运动或力学行为的精确控制。
在控制过程中,我们需要考虑系统的稳定性、鲁棒性和响应速度等因素。
在设计液压机械系统的控制器时,我们可以采用传统的PID控制方法,也可以使用先进的自适应控制方法。
传统的PID控制方法可以根据系统的数学模型设计合适的控制器参数,但对于非线性和时变系统来说,PID控制器的性能可能会有限。
自适应控制方法可以根据实时的系统状态来调整控制器参数,从而提高系统的性能和稳定性。
此外,为了保证系统的鲁棒性和骚扰抑制能力,我们可以采用某些先进的控制策略。
例如,模糊控制、神经网络控制和滑模控制等方法可以通过非线性建模和控制来提高系统的鲁棒性和响应速度,但也需要更高的计算和控制复杂度。
液压挖掘机工作装置动力学建模与分析
→ a Gi —杆件 i 质心加速度;
→ P o (i-1)oi —坐标原点 o i-1 到 o i 的矢量; → P o (i-1)Gi —坐标原点 o i -1 到杆件 i 质心 G i
的矢量。
3 工作装置动力学方程
分别对动臂、斗杆和铲斗进行受力分析,受 力情况如图 2 所示。F12 为回转平台对动臂的约束
[摘 要] 提出一种基于牛顿 -欧拉方程的挖掘机工作装置动力学数学模型的推导方法。 利用Matlab符号运 算功能,编制 M 文件实现数学模型自动推导,整个建模和运算过程简单、直观和高效。以某中型 挖掘机为例进行分析, 结果表明模型很好地反映了挖掘机工作装置的动力学特性。 [关键词] 液压挖掘机;工作装置;动力学模型;建模 Abstract: A method of the excavator mechanism dynamics modeling based on Newton-Euler equation was presented and that automation of the modeling was realized by programming with symbolic math toolbox of Matlab makes the modeling efficient and easy to understand. Animation of an excavator mechanism was completed to verify the model built and the simulation results show that the dynamic model is solid. Key words: hydraulic excavator; mechanism; dynamic model; modeling
油液混合动力挖掘机动力系统研究的开题报告
油液混合动力挖掘机动力系统研究的开题报告一、选题背景和意义随着石化资源的日益枯竭和环保意识的不断增强,现代工程机械的发展趋势逐渐向着低能耗、低污染、高效率的方向发展。
而混合动力挖掘机作为一种新型的工程机械,能够更好地满足此类发展需求。
本文选题就是要探讨油液混合动力挖掘机动力系统的研究,对挖掘机的改进和发展具有重要的现实意义和深远的发展战略意义。
二、研究目的和内容本文拟从以下两个方面对油液混合动力挖掘机的动力系统进行研究:1. 油液混合动力挖掘机动力系统的结构和原理本文将对混合动力挖掘机的动力系统进行详细的介绍,包括系统的结构和原理,以及系统中各个组成部分的功能和相互关系等。
通过对系统的整体了解,进一步探索系统的优化和改进方向,提升挖掘机的整体性能和使用效率。
2. 油液混合动力挖掘机动力系统的优化研究本文在分析油液混合动力挖掘机动力系统结构和原理的基础上,针对系统中存在的问题进行深入研究,提出相应的优化方案。
同时,对采用新型材料、新工艺等技术进行改进的可行性和经济性进行评估,为实现系统的优化提供科学依据。
三、研究方法和步骤本文主要采用以下研究方法和步骤:1. 理论研究通过查阅大量的理论资料和文献,全面了解油液混合动力挖掘机动力系统的结构和原理,以及目前技术的研究现状和发展趋势,为后续实验和数据分析提供理论依据。
2. 试验研究在理论研究的基础上,通过实验的方式对混合动力挖掘机的动力系统进行测试和分析,获取相关的数据和性能参数,为后续优化方案的制定提供数据支持。
3. 经济评估针对提出的优化方案进行经济性分析,计算成本和收益,评估方案的可行性和实现的效果。
四、预期结果和贡献本文预期结果如下:1. 建立详细的油液混合动力挖掘机动力系统的结构和原理本文将建立详细的油液混合动力挖掘机动力系统的结构和原理,包括系统中各个部分的结构和功能关系等。
2. 提出油液混合动力挖掘机动力系统的优化方案在系统性能测试和数据分析的基础上,本文将提出油液混合动力挖掘机动力系统的优化方案,包括改进控制系统、增强燃油效率等方面。
液压机械系统的动力学建模与分析研究
液压机械系统的动力学建模与分析研究液压机械系统是一种以液体驱动执行器来进行能量传递和控制的机械系统,具有高功率密度和精密控制的特点。
在近年来的工程应用中,液压机械系统越来越被广泛应用于各个领域,如工业生产线、机械加工、建筑工程等。
为了更好地把握液压机械系统的性能和优化其控制策略,研究者们大量投入到了液压机械系统的动力学建模与分析研究中。
液压机械系统的动力学建模是研究液压系统响应及系统行为的关键环节。
在建模过程中,需要确定液压执行器、阀门、液压油等各个组成部分的特性参数,并建立各个组成部分之间的相互关系。
常用的建模方法包括基于物理原理的解析建模、系统辨识建模和仿真建模等。
解析建模方法通过对系统分析和控制方程的推导,建立系统的数学模型,可以准确地描述系统的动力学特性。
对于液压系统而言,泵、阀门和缸筒等元件的特性参数及其之间的相互作用关系都需要准确地建模,才能更好地反映系统的工作原理和性能。
系统辨识建模方法则通过对系统输入输出信号的采集和处理,利用数学模型识别系统的特性和参数。
辨识方法在实际工程应用中非常重要,特别是对于一些复杂系统或者无法确定参数的系统而言。
仿真建模方法则是在计算机上建立系统模型,并通过数值计算方法求解系统的动力学方程,从而研究系统的性能。
动力学分析是液压机械系统研究的另一个重要方面。
动力学分析的目标是研究系统在不同的工作工况下的响应性能和稳定性,为系统的优化和控制提供依据。
液压机械系统的动力学性能主要包括系统的动态响应特性、振动分析、稳定性及敏感性等方面。
其中,动态响应特性是研究液压机械系统在输入信号变化时系统的响应速度、稳定性和精度等性能指标。
而振动分析研究系统的振动特性和振动抑制控制方法,对于一些高精度要求和对机械结构的振动干扰敏感的应用而言尤为重要。
稳定性和敏感性则是研究液压机械系统在不同参数和工作条件下的稳定性和鲁棒性,为系统控制和参数调整提供指导。
动力学建模与分析的研究成果为液压机械系统的控制和优化设计提供了理论依据。
挖掘机工作装置数学建模及控制研究
第一章挖掘机工装轨迹控制的机电液系统介绍1。
1单斗液压挖掘机的机械模型简介本次课程设计的液压挖掘机是针对学校的实验室用的样机模型,其容量为0。
01立方米,动臂和斗杆为四连杆机构,动臂、斗杆和铲斗均由液压缸驱动,它们之间以销轴连接。
在动臂和斗杆的销轴上分别安装了角度传感器,用以检测相对位角。
模型不具备回转机构,无回转功能。
其结构简图如图1-1所示,其参数如表1—1所示。
图1—1 样机结构简图 表1—1 样机结构参数表液压挖掘机是工程机械的重要机型,在工业及民用建筑、交通运输、水利水电、军事施工建设中发挥着非常重要的作用.液压挖掘机被应用于众多诸如平整场地、一定形状的沟、渠道挖掘等复杂作业。
其工作装置运动轨迹的自动控制是研制中的一个重要课题.由于挖掘机在实际工作中,挖掘阶段转台不回转,静止不动,转台回转时,工作装置不挖掘,因此,工作装置挖掘轨迹的控制,可归结为动臂、斗杆和铲斗三个杆件的平面控制问题,即对于任意给定的动臂、斗杆目标轨迹和铲斗方位角,可将其变换为工装三杆件的目标转角序列,由微机控制电液伺服驱动系统,使动臂、斗杆和铲斗跟踪各自的目标转角,名称 长度 (mm) 行程 (mm ) 转角范围 (°) 驱动件缸径 (mm ) 活塞杆直径 (mm ) 动臂 2558 660 117 双缸 80 45 斗杆1332585117单缸9050铲斗 835 500 170 单缸 80 45从而实现轨迹控制。
其机、电液一体化系统简图如图1-2所示。
图1—2 液压挖掘机机、电液一体化系统简图本次课程设计中机遇实验室的液压挖掘机装置主要设计参数如下:挖掘机工作负载参数要求:m=500kg挖掘机工作装置轨迹参数要求:挖掘水平直线挖掘机工作装置轨迹控制系统设计要求:以51单片机为控制处理器角度传感器选择:电阻式角位移传感器1.2电液控制系统的组成电液控制系统是在要控制的转轴处增加了角度传感器获取转角数据,通过控制器处理并由电液转换元件驱动液压缸运动,使铲斗达到预计的轨迹。
《大型液压挖掘机工作装置的联合仿真及静动态特性研究》范文
《大型液压挖掘机工作装置的联合仿真及静动态特性研究》篇一一、引言随着现代工业技术的不断发展,大型液压挖掘机作为重要的工程机械之一,其工作装置的性能和效率成为了研究的重要方向。
为了更深入地理解其工作特性和提高工作效率,本文将对大型液压挖掘机工作装置进行联合仿真及静动态特性研究。
本文旨在通过理论分析和仿真实验相结合的方法,探讨其工作过程中的力学特性、动态响应及静态稳定性,为实际工程应用提供理论依据和技术支持。
二、大型液压挖掘机工作装置概述大型液压挖掘机工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗等部分组成,通过液压系统驱动,实现挖掘、装载等作业。
其工作性能的优劣直接影响到工程进度和效率。
因此,对其工作装置的静动态特性进行研究具有重要的实际意义。
三、联合仿真方法及模型建立本文采用联合仿真的方法,将理论分析与实际实验相结合,对大型液压挖掘机工作装置进行深入研究。
首先,建立工作装置的数学模型,包括动力学模型、液压系统模型等。
然后,利用仿真软件对模型进行仿真分析,得出工作装置在不同工况下的力学特性和动态响应。
最后,将仿真结果与实际实验数据进行对比,验证模型的准确性。
四、静动态特性研究1. 静态特性研究:在静态工况下,通过仿真和实验研究工作装置的稳定性、刚度和强度等性能指标。
分析不同结构参数和工作条件对静态特性的影响,为优化设计提供依据。
2. 动态特性研究:在动态工况下,研究工作装置的动态响应、振动特性和能量传递等。
通过仿真和实验,分析不同工况下工作装置的动态性能,为提高工作效率和减少能耗提供参考。
五、结果与分析1. 仿真结果:通过联合仿真,得出大型液压挖掘机工作装置在不同工况下的力学特性和动态响应。
仿真结果表明,工作装置在挖掘、装载等作业过程中,受力情况复杂,需要综合考虑多种因素。
2. 实验结果:将仿真结果与实际实验数据进行对比,验证了模型的准确性。
同时,通过实验观察了工作装置在实际工作中的静动态特性,为优化设计和提高工作效率提供了依据。
液压挖掘机动力系统优化研究
液压挖掘机动力系统优化研究液压挖掘机作为土方工程中常用的施工机械,具有高强度、灵活性好、施工效率高等优势,已经成为众多建筑工地中不可或缺的工作机械。
然而,在挖掘机的驱动系统方面,仍然存在着一些问题,例如机械能量的浪费、机械寿命的缩短,以及能源消耗的增加等,因此,如何优化液压挖掘机的动力系统,成为制约其施工效率提高的一个重要因素。
液压挖掘机的动力系统主要由发动机、液压泵、液压马达、液压缸和控制阀等组成。
在工作中,发动机将机械能转化为动能,通过液压泵带动液压马达实现系统能量的转化和输送,在液压缸的作用下,施工机械进行工作。
这一系列液压系统的各个部件均是机械能量转化和输送的关键环节。
因此,对液压挖掘机的动力系统进行合理优化,能够有效地提高其使用效率,降低能源消耗,延长机械寿命,从而提高施工工作的效益。
首先,液压挖掘机的发动机选择应考虑到其功率指标、稳定性、耐用性等多方面因素。
发动机的功率大小,决定了施工机械的工作能力,而发动机的稳定性和耐用性,则关系到施工机械的寿命。
因此,在选择发动机时,应该选择稳定、耐用、功率适中的产品,这样才能在实际施工工作中充分发挥其性能和效益。
其次,液压系统的泵和马达的匹配是决定液压系统效能的关键因素之一。
泵和马达的匹配不当,会使泵受到过大的负荷,从而导致机械能的浪费和能量的损失。
因此,在选购泵和马达时,应该保证其匹配性,防止泵和马达之间出现任何不匹配的情况,从而最大程度地减少机械能的浪费。
再次,液压系统中,液压缸所使用的液压油,则是影响机械工作效率的重要因素。
合适的液压油可以减少机械部件的磨损,防止油路堵塞,从而保证机械的稳定工作。
因此,在选用液压油时,要注意选用合适的品牌和型号,以确保其性能和效果。
最后,控制阀也是液压系统中不可缺少的一环,控制阀的作用在于调节和控制液压系统的压力和流量,并能够方便地控制施工机械的工作状态。
因此,在选用控制阀时,应选择质量可靠、工作稳定的产品,以最大程度地保证施工机械的工作效率。
多学科协同仿真液压挖掘机动力学研究
多学科协同仿真液压挖掘机动力学研究
李贝;黄正伟;陈立创;臧晓辉
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】通过采集液压挖掘机作业轨迹等参数,基于Altair软件Activate和Motion模块,建立挖掘机机构-结构-液压-控制多学科协同仿真模型,以挖掘机作业轨迹为控制目标,对比分析动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸仿真和试验的受力情况,结果表明:仿真与试验的受力趋势相同,动臂油缸作用力平均偏差为5%、斗杆油缸作用力平均偏差为2%、铲斗油缸作用力平均偏差为2%。
研究表明,基于多学科协同仿真的挖掘机模型,可以很好地模拟挖掘机作业时的油缸受力情况,该模型可减少试验次数、降低试验成本,同时为挖掘机结构优化设计提供载荷数据,具有一定的工程意义和价值。
【总页数】5页(P253-256)
【作者】李贝;黄正伟;陈立创;臧晓辉
【作者单位】柳州职业技术学院汽车工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH16
【相关文献】
1.基于多学科仿真的大型正铲液压挖掘机工作装置动态强度研究
2.300t 液压挖掘机虚拟样机动力学仿真研究
3.基于刚柔耦合模型的液压挖掘机动力学仿真研究
4.基于多学科联合仿真的液压挖掘机挖掘阻力研究
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液压挖掘机工作装置的建模及动力学仿真
维普资讯
机 械 设 计 与 制 造
一
第8 期
20 0 6年 8月
1 58一
Ma h n r De i n c iev sz
& Ma u a t r n fc u e
文章编号 :0 1— 9 7 2 O ) 8— 1 8 2 1 0 3 9 (0 6 0 0 5 —0
液压挖掘机 工作装置 的建模及 动 力学仿 真
朱志辉 周志革 王金刚 冯 丽( 河北工业大学 机械学院, 天津 30 3 ) 0 10
Mo eig a d d n mis smua in o x a ao r e ie d l n y a c i lt fe c v t rwo kd vc n o
o 。o ’o 。o 。 o ’o 。o ‘o ’o ‘ o ’o 。o ‘o ‘o ’ o o ’o 。o o 。o ’ o ’o o o ’o ‘o ’ o 。o 。o ’o 。o ‘ o 。 o 。o ‘o 。o ’。 ’o ‘o ‘o 。o 。o ‘ o o ‘o 。o 。o ’ o 。 o ‘ o ‘o 。o ‘o ’o ’o 。o ‘
程 中力的变化情况提供了工具 , 为提 高有 限元分析的精度 奠定
了基 础 。
同零件 , 对零件的颜色进行了修 改;为了更好地辨别输入模型
的各个构件 , 将各构件重新命名。 动臂下铰点和主机问是旋转运动 副, 动臂 只能绕这个铰点 运 动; 斗杆底部与动臂末端铰接 , 是旋转运动约束 , 斗杆只能绕
液压挖掘机动力学仿真与试验分析
Dynamic Simulation and Test Analysis of Hydraulic Excavator
YU Lailingꎬ YIN Chenboꎬ CHEN Changlinꎬ MA Wei
( College of Mechanical and Power Engineeringꎬ Nanjing University of Technologyꎬ Nanjing 210094ꎬ China)
the force curve of the key hinge point. The stress-strain curve of the corresponding position is obtained by testing on the platform and
the correctness of the comparison between the model and the simulation result is verified for cost saving and workload reducing in the
信息技术
於来玲ꎬ等液压挖掘机动力学仿真与试验分析
DOI:10.19344 / j.cnki.issn1671-5276.2021.06.031
液压挖掘机动力学仿真与试验分析
於来玲ꎬ殷晨波ꎬ陈长林ꎬ马伟
( 南京工业大学 机械与动力工程学院ꎬ江苏 南京 210094)
摘 要:为探究液压挖掘机在工作时发生疲劳失效的影响ꎬ基于 SY235 反铲液压挖掘机实验平
400
削土壤的深度和密度有关ꎬ基本可以按线性关系进行计
200
0
根据公式进行理论计算可知ꎬ与W 1 所得的数值进行
20
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摘要:很多因素如油缸动态特性、结构弹性、作业对象等对挖掘机动力学有着重要影响,为解决挖掘动载荷计算
问题,综合考虑结构弹性、油缸特性、作业对象等因素提出挖掘机挖掘动力学系统模型。为取得精度和效率权衡,将动臂、
斗杆、连杆等结构简化为梁单元;对形状复杂的铲斗结构,采用子结构自由度凝聚法对形状复杂的铲斗简化建模;采用弹
关键词:挖掘机;动力学建模;动态载荷;油缸模型;有限元
中图分类号:TH113I: 10.13465/j. cnki. jvs. 2019.13.034
Digging dynamic modeling for hydraulic excavators
FENG Hao'2 , DU Qungui , YU Shudong
第38卷第13期
振动与冲击 JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK
Vol. 38 No. 13 2019
液压挖掘机挖掘动力学建模研究
冯豪杜群贵1,于树栋3
(1.华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641 ;2.r西柳工机械股份有限公司研究总院,广西柳州545007; 3.瑞尔逊大学机械与工业工程系,加拿大多伦多 M5B 2K3)
3. Department of Mechanical and Industrial Engineering, Ryerson University, Toronto M5B 2K3, Canada)
Abstract: Many factors, such as, dynamic characteristics of hydro-cylinder, structural flexibility, excavating objects and excavator-soil interaction affect digging dynamic behavior of hydraulic excavators during their operation. Here, to solve digging dynamic load calculation problems, an excavator * s digging dynamic model comprehensively considering factors mentioned above was proposed. To achieve a good balance between accuracy and efficiency, all slender structures including movable arms, bucket rods and connecting rods were simplified as beam elements. Complex shape structures like bucket, etc. were simply modeled using the sub-structure DOF condensation method. The bucket-excavating object relation was modeled as a spring-damper element. Hydro-cylinders were modeled as two-node elements containing variables of pressure, displacement and velocity, etc. Then, all structural elements and hydro-cylinder elements were assembled to form a global finite element system model, and perform dynamic computation using Newmark algorithm. Finally, a 50t excavator' s movable arm lifting under impact condition was taken as a case study to do computation and test analysis. The results showed that the computed dynamic loads agree well with measured ones in tests, the error of dynamic load peak values is less than 6% , these verify the correctness of the proposed method and model ; compared with using the displacement driven model to simulate hydro-cylinder in dynamic computation, the accuracy of applying the proposed hydro-cylinder model in dynamic computation is increased by 5 times, while structural flexibility has a smaller effect on digging dynamic load.
(1. School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China ; 2. Research Institute, Guangxi Liugong Machinery Co. , Ltd. , Liuzhou 545007, China ;
簧阻尼单元模拟铲斗与作业对象关系模型;将油缸等效为两节点单元,该单元包含压力、位移和速度等变量;然后将结构
与油缸模型组装成整体的动力学模型,采用Newmark算法完成动力计算;以某50 t挖掘机动臂提升冲击工况为案例计算 及试验分析,动力计算得到的动载荷与试验测试结果吻合,动载荷峰值误差小于6% ,证明方法和模型的正确性。分析结 果表明:采用油缸动力学模型比采用位移驱动模型模拟油缸用于动力计算的准确度提升约5倍,而结构弹性对挖掘动载 荷的影响较小。