装载机自动铲装作业试验与仿真分析

针对难以采集轮式装载机铲装作业过程中的阻力问题,以某型号轮式装载机为研究对象,建立装载机的铲装作业阻力测试系统,并对不同铲掘深度的轨迹进行自动铲装作业试验,获得了实际作业工况下铲装阶段的水平阻力等试验数据。运用EDEM对实际作业轨迹进行仿真,结果表明:仿真计算结果与试验测试结果在峰值和变化趋势方面都比较吻合,且作业阻力峰值误差为5.2%,说明EDEM仿真能够较为准确地模拟铲装作业过程。基于EDEM对规划轨迹进行优化,优化结果表明在插入阶段对铲斗提升75 mm时,满斗率达到了80.4%,且阻力峰值较规划轨迹减少达23.6%,达到了减阻铲装的目的。

装载机驾驶室方向盘倾角对肌肉疲劳的影响研究

为分析装载机驾驶员在驾驶过程中手臂肌肉的疲劳情况,设计并完成动态旋转方向盘试验,测试并比较3种方向盘倾角(A型为24°、B型为25°、C型为31°)对肌肉疲劳的影响情况。采用现场真机实验的方法,选取左臂中三角肌为测试对象,聘请14名驾驶员作为被试人员,运用表面肌电测量方法并提取操控方向盘时的表面肌电数据,采用单因素方差分析方法分析3种测量结果并对MPF进行两两比较,实验结果为A型和B型之间不存在显著性差异(P>0.05),C型与A型和B型均存在显著性差异(P<0.05);表明不同的方向盘倾角对肌肉疲劳有较大影响。通过研究得出结论,C型方向盘倾角较容易疲劳,A型和B型不容易疲劳,在仅考虑方向盘倾角的前提下,A型和B型的方向盘倾角优于C型。在装载机驾驶室人机设计中,为降低驾驶员肌肉疲劳,建议方向盘盘面应采用较平缓设计方式,该结论可为后续的方向盘倾角设计提供参考。

基于实时运动状态分析的轮式装载机稳定性研究

为研究轮式装载机行驶稳定性,该文基于动力学模型及对系统自由度的解析,建立了反映前后铰接轮组实时运动状态的轮式装载机行驶动力学模型和轮胎模型,并进行了微分求解,分析了装载机在多种复杂路况下的运动状态、轮胎实时受力情况以及横向载荷转移率LTR。结果表明:轮式装载机在任何路况行驶时,影响行驶稳定性的主要因素为速度,LTR与速度正相关;路况越恶劣,LTR越大,斜坡弯道行驶时LTR超出安全阈值的风险越大,因此应控制行驶速度以避免发生倾翻。

铰接式工程车辆载荷识别技术

铰接式转向是工程装载和矿用车辆常用的转向形式,与车轮偏转的转向方式不同,它利用前后车架相对偏转的方式实现转向。其特点是当工作装置安装在前车架上2段车架相对偏转时,行驶方向始终与前车架一致,有利于迅速对准作业面、减少循环时间、提高生产率,显示了铰接底盘特有的机动性。当铰接车架相对偏转时,车轮轴线在地面的投影交于一点,能避免弯道行驶时因车轮滚动+方向的偏差而产生侧滑,从而简化转向机构。这样既不需要转向梯形机构,也能免除偏转驱动轮时所需的等角速万向节机构。文中通过建立铰接转向的动力学模型,从静止和转向行驶两种情况分析车辆轮荷分配特性,掌握铰接式转向车辆的轮荷分布机理,并且以装载机为例进行计算机仿真。

基于天牛须搜索的装载机铲掘轨迹规划

装载机常用于建筑、采矿等恶劣工作环境,实现其自主作业可以有效保障从业人员安全,已成为工程机械领域的发展趋势。铲掘轨迹是影响装载机自主作业能耗的关键因素,目前已有学者提出了一些以能耗最优为目标的轨迹规划方法,但这些方法大多仅以铲斗斗尖位置为规划目标,忽略了铲装过程中铲斗转角对自主作业能耗的影响,导致装载机自主作业能耗仅能达到局部最优。针对上述问题,提出一种基于天牛须搜索的装载机铲掘轨迹规划方法,首先建立作业机构运动数学模型,得到铲斗斗尖位置、铲斗转角与车体位移、动臂油缸和转斗油缸位移的关系,进而基于斗尖位置模型和铲斗转角模型确定以铲掘深度和转角系数表征铲掘轨迹的规划方案,形成一系列备选铲掘轨迹,最后以此为搜索空间采用新兴的启发式搜索方法——天牛须搜索方法,搜索以单位铲掘重量油耗最低为目标的近似最优的装载机铲掘轨迹。为验证该铲掘轨迹规划方法的节能降耗效果,搭建了5吨级装载机测试试验平台,并进行了人工铲掘作业和自主铲掘作业对比实验。实验结果表明,采用基于天牛须搜索的装载机铲掘轨迹规划方法进行自主铲掘作业时,单位铲掘重量油耗的平均值仅为14.13 ml·t^(-1),与人工铲掘作业相比降低达20.35%。

基于改进动力学方程的轮式装载机行驶失稳阈值分析

为得到轮式装载机在不同路况下的运动参数失稳阈值,基于传统轮式装载机自由度的解析,建立了能反映出前、后车体的行驶轨迹变化和车身受力变化的改进行驶动力学方程;以横向载荷转移率(LTR)作为指标对轮式装载机行驶失稳主要影响因素进行了分析;最终确定了运动参数失稳阈值范围。研究结果表明:轮式装载机行驶速度和转向速度的增加、斜面坡度角和行驶转向角的增大,都会严重加剧轮式装载机发生倾翻失稳的风险;其中行驶速度和行驶转向角对行驶稳定性的影响最为严重。

多路况下轮式装载机行驶动力学研究

为了研究多路况下轮式装载机的行驶动力学特性,提出轮式装载机行驶动力学评价方法,建立轮式装载机与路面耦合的动力学模型,仿真模拟得到了轮式装载机在F级对称和非对称路面上空载低速、空载高速、满载低速、满载高速行驶工况下轮心和铲斗处的横向、行驶方向和垂直方向上的加速度值。结果表明:轮式装载机在多路况下垂直方向上的振动是行驶动力学性能最大的影响因素。这种基于ADAMS软件的装载机行驶动力学仿真模拟试验,为轮式装载机行驶动力学的优化与改进提供了一种新颖、有效的方法。

基于载荷谱的装载机驱动桥轮边减速器齿轮接触疲劳寿命分析

针对装载机在服役期间驱动桥轮边减速器齿轮的接触疲劳问题,对其进行了疲劳寿命评估。在Hypermesh中建立了轮边减速器太阳轮与行星轮的有限元模型,依据疲劳加载载荷谱在Ansys Workbench中对其进行静力学与瞬态动力学求解。基于静力学与瞬态动力学在Ncode环境中进行了疲劳寿命计算,将基于有限元的疲劳寿命计算结果与台架实验结果进行对比。结果表明,在各级载荷下,瞬态动力学计算出的接触应力均大于静力学的计算结果。基于瞬态动力学的疲劳寿命为47417 h,与实验结果更为接近,与两次台架实验结果的相对误差分别为9.32%和15.14%。分析结果对装载机驱动桥齿轮系统的优化与其疲劳寿命评估提供了参考和依据。

电动装载机双阀芯电液负载敏感系统特性研究

针对装载机传统定量液压系统节流溢流损耗严重、系统流量易受负载扰动和动臂铲斗不能复合动作等问题,提出了一种双阀芯电液负载敏感系统,并设计了不同工作模式下的控制策略,对电液负载敏感系统的特性进行了研究。首先,对比阐述了装载机传统定量系统和双阀芯电液负载敏感系统的构型及原理;然后,从理论上分析了双阀芯电液负载敏感系统的工作和能耗特性,并分别制定了动臂铲斗在阻抗伸出和超越缩回工况下单独动作和复合动作的控制策略;最后,利用AMESim和LMS Virtual.Lab Motion软件搭建了机电液联合仿真模型,并对双阀芯电液负载敏感系统在装载机上的运行特性与节能特性进行了仿真研究。研究结果表明:双阀芯电液负载敏感系统可根据不同负载工况实现工作模式的切换,执行机构的流量仅与电液比例阀开度有关,而不受负载变化的影响,操控性能大大提升;且在一个工作循环内,相较于传统定量液压系统,该系统的能耗降低约71.8%。仿真结果表明该系统提高了装载机作业的平稳性和效率。

装载机循环工况功率流分布与功率分配规律

在装载机上安装传感器和远程发射装置,通过GPS将装载机工况数据传输到云计算中心。运用数据挖掘技术分析积累的海量循环工况数据:横向上,以时间轴为参考坐标系,分析每个工作循环内发动机功率流的分布规律;纵向上,以装载机各工况为单位,研究发动机输出的功率在行走系统、液压系统和附件系统的分配关系及耗散规律,分别从功率供给和功率需求两个角度分析了装载机功率在循环工况内的分配及其耗散规律。在遵循该规律的基础上,介绍了运用装载机功率流分布及功率分配规律匹配新型装载机的方法。最后,遵循装载机功率流分布和功率分配规律,按照复合传动无级变速系统的特性,匹配了一款无级变速装载机,发动机功率下降了26.8%。通过仿真分析表明:无级变速装载机在不影响动力性能的前提下,每个工作循环燃油消耗下降了25%左右。相关研究结论可以为各种新能源、新结构及新技术的装载机的匹配提供理论指导与数据支持。

L-2350轮式装载机液压系统的故障分析

为了减少L-2350轮式装载机在露天煤矿开采作业中经常出现升降和铲掘动作慢的故障,分析了L-2350轮式装载机在升降和铲掘液压系统系统设计方面存在的问题,尤其夏季天气炎热地表温度太高,大大影响设备的工作率。结果表明:及时诊断故障的发生点,运用合理的方法进行快速的处理维修,减轻了检修人员的工作量,提升了设备的工作效率,增加了液压油缸的使用期限,更好地维护了设备,尤其是减少了雨雪天气对露天矿生产影响,为露天矿节约了成本。

CH-415W-40在徐工装载机上的进口油替代试验

采用A品牌CH-415W-40柴油机油在徐工装载机上进行进口油替代试验,对试验用油的实际使用性能进行跟踪检测。检测结果表明,其各项指标均在换油指标范围内,油品具有良好的抗剪切能力和抗磨损能力,与徐工装载机高度匹配,提高了设备使用寿命。

江阴港某通用泊位工艺系统专业化改造

针对江阴港某通用泊位作业能耗高、污染大的问题,进行工艺系统专业化改造研究。根据码头实际作业情况,合理确定改造设计原则,从卸船、装船和堆场作业等方面入手,提出专业化改造方案。卸船采用增设接料皮带机和固定漏斗实现门机连续作业,同时改造门机行走机构,满足水工结构安全要求。装船采用移动式装船机作业,并将尾车后置,减少尾车长度,增加作业范围。堆场采用斗轮堆取料机作业,通过分析进口、出口作业线利用率,优化作业线数,并设置电动三通,实现进出场流程覆盖所有泊位。结果表明,改造后码头通过能力显著提高,粉尘污染减少,运营能耗降低。

基于ADAMS的轮式装载机运动学及动力学仿真分析

基于虚拟样机技术,利用ADAMS软件对某轮式装载机建模,并对其进行运动学及动力学仿真,检查装载机在运动工作过程中是否出现干涉,同时获得装载机各部件的运动学及动力学相应曲线,分析装载机结构设计及其受力情况是否合理,为装载机设计提供参考。

基于计算力矩法的装载机工作装置轨迹控制

为了实现装载机工作装置铲掘作业时的轨迹跟踪控制,建立装载机工作装置的运动学及动力学模型,采用计算力矩法设计装载机铲掘作业的轨迹跟踪控制器,并根据装载机工作装置在作业时的受力情况加入作业阻力补偿。在Matlab/Simulink环境下建立装载机工作装置运动学、动力学模型及具有作业阻力补偿的计算力矩法控制器模型,并将在Solidworks环境中建立的ZL50装载机三维模型导入ADAMS。经ADAMS-Matlab联合仿真的结果表明,具有作业阻力补偿的计算力矩法可以实现装载机工作装置铲掘作业时所期望轨迹的高精度的跟踪控制。

装载机工作装置机-液耦合仿真分析

针对装载机工作装置仿真研究存在的不足,在ADAMS中建立了刚柔耦合模型和液压系统模型。对一个典型作业过程进行了仿真,分析了油缸的作用力、油腔压力在工作过程中随时间的变化规律等,并应用ADAMS/Durability模块进行了动态的有限元分析。仿真结果与实际工作情况基本一致,建模及分析方法对于其他类似机-液耦合机构的仿真研究有参考意义。

装载机电液混合流量匹配转向系统特性研究

为提高传统装载机能量利用率,提出采用变转速定量泵独立供油的电液流量匹配转向原理,用于控制装载机转向,将装载机方向盘转向角速度与伺服电机转速进行合理匹配,使液压泵输出相应流量到转向系统中,当无转向信号时,转向动力源不输出流量。若电液流量匹配转向系统出现故障,则该液压转向系统经电磁阀自动切换到原有转向系统,继续完成转向作业。首先建立铰接式装载机机械结构动力学与电液混合系统联合仿真模型,利用该模型对电液流量匹配系统的转向过程进行仿真,进一步建立试验测试样机,对转向系统的动态及能耗特性进行测试,并与原有转向系统的转向特性进行对比。研究结果表明:采用电液混合流量匹配转向系统,可减少转向过程的节流损失并消除溢流损失,节能约16%,并可减小压力冲击和波动,系统的稳定性也得到明显提高。

轮式装载机传动系载荷谱编制方法研究

为指导轮式装载机可靠性设计,提出一种轮式装载机传动系载荷谱编制方法。采用"五段法"测试了轮式装载机传动系载荷时间历程信号;通过频谱分析,确定载荷信号频率不超过1Hz的特征;按照"空载运行-铲掘装载-满载运行-卸载"四段的循环特征,对信号进行分割与合并,完成信号的平稳处理;通过雨流计数与工况合成法,获得载荷均值符合正态分布、幅值符合威布尔分布的特征,完成载荷幅值极值的统计推断;根据波动中心法,编制出了轮式装载机传动系各部件的八级载荷谱与程序加载谱。研究表明,轮式装载机传动系载荷信号可依特征分四段平稳处理,且具有显著的概率分布特征,编制的载荷谱符合装载机真实工况。

轮式装载机模糊换档策略

利用模糊技术对“两参数换档规律”加以修正，并通过总结轮式装载机的换档规律与模糊技术相结合得到模糊换档策略，它能够有效地避免“循环换档”、“滞后换档”等问题。

装载机总体参数仿真设计

对轮式装载机总体参数计算机辅助仿真设计进行研究,建立了机器技术经济综合效益评价指标,用以优选样机;根据描述机器技术形态和工作过程的数学方程,运用相似理论推导,建立了机器系统总体参数的仿真设计数学模型,利用计算机进行了实际计算与绘图。结果表明,仿真设计改变了传统设计方法的复杂性,提高了机器设备新方案的设计速度。