基于DEM-MBD耦合的液压挖掘机动力学仿真分析

在实际工况下,液压挖掘机工作装置受到的载荷较大且具有强时变性,因此工作装置各组成杆件及液压缸较易出现各种形式的失效。针对以上问题,选取某型号液压挖掘机作为研究对象,根据液压挖掘机工作装置实际挖掘物料工况,利用多体动力学软件ADAMS建立液压挖掘机虚拟样机模型并利用离散元软件EDEM建立物料模型。通过DEM-MBD耦合仿真分析方法,对液压挖掘机工作装置进行动力学仿真分析,主要获取挖掘物料过程中铲斗受力变化曲线、不同时刻铲斗受力云图,通过对其分析,能够获取铲斗在挖掘作业过程中受力变化情况,为铲斗的有限元分析、优化设计提供理论依据。

液压挖掘机斗杆内收流量分配节能设计

为解决小型挖掘机挖掘工况(正负载)下斗杆内收速度慢、系统压力高、存在溢流损失等问题,提出一种斗杆内收节能系统,挖掘工况下,使斗杆内收通过节能阀回油,即斗杆内收流量不再生时增大回油面积。给出了该节能系统工作原理和仿真参数,基于AMESim搭建了斗杆内收节能系统仿真模型,对比仿真了有无节能阀系统的斗杆内收速度、压力、流量等动态特性,分析了节能阀直径对斗杆内收动态特性的影响效果,进行了系统实际应用可行性分析,挖掘机整机测试有效验证了仿真结论。结果表明:引入节能阀,斗杆内收速度增加18%,斗杆油缸进油压力降低65%;节能阀直径对斗杆内收系统输出流量、回油总流量、系统压力影响不大;通过挖掘机整机测得斗杆内收速度提高19%。

考虑多关节时滞的液压挖掘机轨迹跟踪研究

为了减小多关节系统的时滞特性对液压挖掘机工作装置轨迹跟踪精度的影响,本文设计了考虑时滞的长短期记忆-广义回归级联网络和一种基于该网络模型的多关节控制系统。利用几何法分析闭式链运动状态,建立以摇臂关节为末端反馈关节的含闭式链的工作装置运动学逆解,通过4-3-3-3-4多项式轨迹规划算法在关节空间上生成轨迹。结合LSTM的时序处理能力和GRNN的强非线性映射能力,以比例阀信号和关节转角的各阶延迟以及目标转角作为网络输入特征,通过多关节联动辨识建立起输出信号和输入特征的映射关系模型,将关节模型作为逆控制器实现多关节轨迹跟踪。经AMESim-Simulink仿真验证:在空载或变载荷作用下,与不考虑时滞的LSTM系统比,考虑时滞的多关节控制系统能更准确、更迅速、更平滑地跟踪规划轨迹,误差小,并且系统具有较强鲁棒性。

液压挖掘机履带底盘多模态振动抑制算法研究

针对液压挖掘机工作时特定单一模态的振动处理存在能耗高、适应性差等问题,提出液压挖掘机履带底盘多模态振动抑制算法。明确液压挖掘机履带底盘的外部激励,完成液压挖掘机履带底盘的多模态因素分析。在此基础上,利用分离变量法研究各个激励源对振动响应的影响,了解各个模态的振动特性。结合履带底盘自由振动的固有频率与模态振型,得到履带底盘在不同模态下的自然振动特性和振动形态,提供优化振动控制策略的依据。根据液压挖掘机履带底盘的特性设计与等效原则,采用多模态振动抑制算法,实现液压挖掘机履带底盘多模态振动抑制。实验结果表明,所提算法可以有效抑制履带底盘多模态振动,且抑制后的俯仰角曲线波动浮动趋于0,能够保证液压挖掘机的平稳运行。

一种液压挖掘机最优能耗的轨迹规划方法

为了降低液压挖掘机的运动能量消耗,实现各关节的合理有效作业,提出了基于T型速度曲线的关节插值方法,以实现液压挖掘机最优能耗轨迹规划。该方法将各关节的速度设定为匀加速、匀速和匀减速的形式以保证液压挖掘机在作业过程中的平稳性,以关节角度、角速度和角加速度为约束条件,利用改进的自适应遗传算法优化求解各关节的匀加(减)速和匀速运动时间,获得了各关节最优运动曲线,实现了液压挖掘机最优能耗轨迹规划。对基于T型速度曲线的插值规划方法进行仿真实验,并在相同条件下与四次多项式插值结果进行了对比。结果表明,该方法规划的轨迹能耗低,避免了各关节产生不必要的运动,有效减少了摩擦损耗,使得挖掘机可平稳、低能耗地完成作业。

矿用正铲液压挖掘机人机协同控制

针对矿用正铲液压挖掘机操纵复杂度高的问题,提出了一种通用型人机协同控制方法。对比分析了3种能够降低正铲液压挖掘机操纵复杂度的新型工作装置在动臂提升和水平推压作业模式下的作业性能,结果表明,工作装置创新设计存在机构复杂和作业精度低的问题。基于运动学逆解和切换控制思想,所提方法采用驾驶员手动操纵主要执行机构,其他辅助执行机构根据作业要求约束进行自主协同的策略,在保证作业精度的同时,减小了驾驶员操纵难度。结果表明,所提方法能够降低正铲液压挖掘机在动臂提升和水平推压作业模式下的操纵复杂度,提高作业精度和效率,具有模式切换灵活、通用性强等优点。

大型液压挖掘机双通道势能回收及负载平衡方法研究

为了解决气液平衡势能回收系统中蓄能器体积过大及“过平衡”和“欠平衡”等主机操控性问题,本文以大型液压挖掘机为研究对象,提出了一种由三腔室平衡缸、双蓄能器及风扇马达为主要构成的直/间接双通道动臂势能回收系统。该系统将原先的单蓄能器回收通道(单通道系统)变为双蓄能器回收通道(双通道系统),即,三腔平衡缸和蓄能器1构成直接回收通道,风扇马达和蓄能器2构成间接回收通道。一方面,通过间接调节变量风扇马达的压力可以避免蓄能器液压力和负载力之间的不平衡问题从而改善操控性;另一方面,利用双通道系统特性可以使蓄能器的工作压力设计具有灵活性并可大幅减小蓄能器体积。本文通过数学建模明确了风扇马达的控制规律,从而使双蓄能器提供的驱动力和负载力基本平衡。此外,通过参数分析获得了蓄能器参数配置规律从而使双蓄能器体积小于单通道回收系统中单个蓄能器的体积。为了验证以上理论分析结果,以70 t大型液压挖掘机为对象搭建了包含主泵、能量回收模块及机械结构在内的仿真模型,并将仿真结果和单通道系统的试验结果进行对比。结果表明,所提出的双通道系统可实现液压力和负载力的匹配并将蓄能器总体积减小50%以上。因此,所提出的系统可以在保留单通道系统优点的同时改善其对操控性的影响并节省装机空间,具有良好的推广应用前景。

液压挖掘机齿尖挖掘力的间接检测方法

液压挖掘机的挖掘力是反映挖掘机工作状态的一个重要参数。基于挖掘机工作装置的力学分析,建立了反应连杆机构截面应力与铲斗挖掘力之间关系的数学模型,并提出了一种新的挖掘力测量方法。通过有限元模拟分析,得到了连杆机构截面应力在不同挖掘力的仿真结果,与理论计算的误差约为8%。仿真结果验证了该测量方法的可行性。

多学科协同仿真液压挖掘机动力学研究

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。

基于ABAQUS的液压挖掘机小臂轻量化设计与研究

液压挖掘机作为一种传统的大型机械工业设备,在机械行业发展进程中,随着理念的改变,人们对发展的要求更加倾向于低碳环保、节能减排。因此如何通过某些优化手段与设计方法,使得在不降低相关部件性能的情况下,减少能源消耗,提高综合性能成为相关领域研究的重点,液压挖掘机的轻量化研究被广泛关注。本文根据挖掘机在工作中的运动以及运作时的复杂工况进行研究,同时通过静力学分析,对挖掘机小臂提出轻量化设计方案,结合优化要求,再通过有限元分析软件ABAQUS相关模块的精密计算得到相应的优化模型。最后,对优化后的模型进行强度与刚度等的计算,以此保证轻量化的合理性。

基于MATLAB的液压挖掘机载荷信号预处理研究

为了使采集到的载荷信号更加真实有效,应用MATLAB软件编制相应的程序对液压挖掘机工作装置载荷信号进行去除零点漂移及去除奇异值等预处理操作,依据油缸位移、油缸推力和回转角度3个参数在挖掘机工作过程中的变化情况,将挖掘机作业过程分为挖掘、提升、卸载及返回4个阶段,并对试验中的某段载荷信号进行了验证,发现其顺利通过了平稳性和各态历经性检验,说明预处理程序科学有效,为后续科学编制挖掘机载荷谱、预测疲劳寿命奠定了基础。

基于挖掘机匹配关键技术的履带式液压挖掘机实现高效率、低能耗研究与应用

对履带式液压挖掘机的动力系统与液压系统的现状分析和整机匹配关键技术的研究,给出提升整机生产作业效率和降低能耗的解决方案,并对履带式液压挖掘机进行常用工况下的整机性能测试,用测试数据验证匹配方案研究及改善的有效性,此研究方案为实际应用提供了理论上的依据。

机械式挖掘机与矿用液压挖掘机使用成本对比分析

机械挖掘机和矿用液压挖掘机是大型露天矿主要剥离设备,但二者动力来源及传动方式均不同,由此产生的能源消耗、采购成本、作业效率、单位能耗、维护成本均有很大差异,主要介绍了其工作原理及其市场常用机型的使用成本分析对比,为选购和管理工作提供一些参考。

集成储能泵控液压挖掘机的轨迹控制

为适应工程机械智能化和节能化作业的发展趋势,提出基于集成储能泵控液压挖掘机的轨迹控制,其中液压缸采用增加势能回收腔的集成液压缸。建立挖掘机位姿空间、关节空间与驱动空间彼此间的转换关系,再利用正弦加减速法对挖掘机整平作业进行轨迹规划,并求得相应驱动空间中的位移曲线;搭建伺服电机-定量泵驱动集成液压缸的数学模型,分析其固有特性,并采用液压缸速度前馈、位置/速度反馈双闭环的控制策略提高其控制精度;最后在SimulationX软件中搭建机电液联合仿真模型。结果表明:铲斗齿尖末端最大误差为17 mm,在合理的范围内,所以可利用速度位置复合控制实现对挖掘机的准确控制。

液压挖掘机改装设备在浅层加固施工中的应用研究

研究以液压挖掘机改装软土地基浅层加固设备为对象,结合工程实例,探讨了施工准备、施工方法和工艺、就地固化质量检测等方面的内容。通过对原材料的严格检测、施工方法的详细描述以及就地固化处理层厚度、强度和承载性能的测试,确保了工程质量和持久性达到设计要求,其可为日后的路面使用提供可靠保证。

高功率发动机在大型液压挖掘机上的应用研究

本文介绍了大型液压挖掘机匹配560kW以上高功率发动机时的调试匹配思路和方法;在常规功率发动机与液压系统匹配的基础上,阐述了常规功率发动机与高功率发动机的差异,从整机操作性、工作效率,油耗等方面介绍如何开展此类产品的调试和注意事项;使高功率发动机和整机液压系统实现良好匹配。从而提升大型挖掘机的工作效率,降低能耗。

基于UG/ANSYS的液压挖掘机动臂结构优化设计

为增强挖掘机动臂性能,采用UG/ANSYS软件,对斗山品牌中型液压挖掘机的动臂结构进行了优化设计与有限元仿真分析。首先进行了整体结构的参数化建模,随后重点分析了三种典型的运行工况,以确定最危险的工况。在最危险的工况3下,详细分析了动臂铰接点的受力情况,并进行了静力学仿真,从而对动臂结构进行了针对性优化。最终,优化设计显著提高了动臂的结构强度和刚度,减少了最大应力和变形,有效延长了设备的疲劳寿命。该研究不仅增强了挖掘机动臂的性能,也为类似工程机械的优化设计提供了宝贵的参考。

液压挖掘机中机电一体化技术的深度应用与未来发展趋势

城市化进程不断推进,促进我国建筑行业不断向前发展。并且液压挖掘机属于建筑施工必不可少的施工设备。不但能够有效减少人力劳动消耗,而且能够显著提高建筑工程施工效率和施工质量,因此被广泛地应用于建筑工程领域。并且在现代化科技日益发展的今天,对液压挖掘机施工效率等等都有了更高的要求。机电一体化技术是一门综合性较强的技术,是高新技术。将其与机电一体化技术进行有效融合于液压挖掘机之中,能够显着提高其工作效率和工作质量,进而达到其技术要求。文章主要对液压挖掘机机电一体化技术的运用进行分析和讨论,以供参考。

矿用正铲液压挖掘机人机协同控制研究

针对矿用正铲液压挖掘机的人机协同控制进行研究,通过切换人机协同控制模式,动臂和铲斗液压缸能够较好地跟随所规划的轨迹运动,铲斗姿态角基本保持不变,齿尖坐标基本保持在作业高度上,满足水平推压作业要求。与驾驶员手动操作相比,人机协同控制模式能够提高作业的准确性和效率。

液压挖掘机工作装置优化研究

挖掘机是土石方工程的主要施工机械,由于其作业对象、载荷、操作等的不确定性,挖掘机工作装置的受力情况较为复杂。液压挖掘机的工作装置主要由铲斗、斗杆和动臂构成,基于不同优化部位、不同优化目标和不同优化算法,其优化设计具有多样性和复杂性。详细介绍了关于液压挖掘机工作装置的优化方法,分别就局部与整体优化、新型结构设计与应用和现代优化架构三方面进行展开,总结了液压挖掘机工作装置的优化方式和未来发展趋势,为液压挖掘机工作装置的优化设计提供参考。