基于BP神经网络的装载机自动铲装作业油耗预测研究

针对装载机自动铲装过程中作业能耗大、难以优化以及测试繁琐的问题,运用BP神经网络对作业油耗进行了研究。首先装载机根据规划出的7条平行铲装轨迹进行自动铲装测试试验,通过传感器获取相关试验数据作为BP神经网络的训练和验证样本;然后建立BP神经网络预测模型,对该模型的误差进行了验证;最后对该模型预测出的非训练铲装轨迹的作业油耗与测试试验的作业油耗进行了对比,以此验证BP神经网络模型的准确性。研究结果表明:BP神经网络预测模型的预测值与与验证样本的试验值的平均偏差仅为6.05 mL,平均误差仅为5.46%;预测平行铲装深度为400、600 mm,这两条非训练铲装轨迹的作业油耗时,其预测值与试验值的误差分别为2.30%~8.36%、2.67%~8.18%;因此,建立的BP神经模型能够较为准确地预测装载机自动铲装油耗,为作业油耗的优化提供依据。

装载机铲装运动作业轨迹规划研究

装载机正在往智能化、节能化、低能耗趋势发展,为装载机规划一条低能耗、高效率的铲装轨迹尤为重要。现阶段验证装载机轨迹最佳方法未考虑工作环境带来的测量误差,近而规划铲装轨迹不能适用与真实工况的装载机。本文根据经验公式及插入深度公式混合计算,结合软件算法设计出比较接近真实工况的一次铲装曲线轨迹和混合铲装轨迹曲线轨迹,并将两条轨迹曲线输入到装载机工作装置试验台分进行测试验证。相比较传统的仿真模拟验证方法,本文采用真实工作台收集数据,还原铲装作业真实环境,引入铲斗满斗率和作业阻力双重标准进行评判。实验结果表明,对于相同作业量、相同时间内混合铲装轨迹法所受的力小于一次铲装轨迹法,且满斗率混合铲装法高于一次铲装法。

基于正铲液压挖掘机挖掘轨迹的机构运动学分析

通过将坐标变换的矩阵法引入到挖掘机工作装置的运动学分析当中,运用作图法,深入地研究了正铲液压挖掘机工作装置各运动部件的运动关系。通过建立基于坐标的矩阵变换的各运动部件的数学模型,得到了铲斗齿关于动臂缸、斗杆缸以及铲斗缸的函数关系式。揭示了铲斗运动轨迹与各运动缸的运动关系,为正铲液压挖掘机的自动控制、整机优化等提供了理论基础。

基于改进SCKF的电缆卷放车追踪电铲的精确定位算法研究

为了保证电铲可以长时间供电,提高工作效率及电缆工的安全保障,实现电缆卷放车跟随铲车移动,要对目标电铲进行实时跟踪定位。其定位系统采用基于到达时间差的超宽带(UWB)定位技术,为减小非线性及不确定因素的影响,利用改进的平方根容积卡尔曼算法(RSCKF)对目标电铲进行跟踪定位。通过Matlab对定位算法进行仿真实验,与容积卡尔曼(CKF)与平方根容积卡尔曼算法(SCKF)进行对比,仿真实验的定位误差保持在1m以下,且定位误差波动小,定位结果较稳定,为电缆卷放车提供良好的导航信息。

基于UWB技术的矿山电铲定位算法研究

矿山工作环境恶劣,传统的电缆卷放方法无法保证电铲长时间供电,且供电过程中存在安全隐患。跟随电铲移动的新型电缆卷放车可解决上述问题。为了实现电缆卷放车对电铲的自主跟随,保证矿山环境下电铲的长时间供电,提出了一种基于超宽带(UWB)技术的矿山电铲定位算法,并选用到达时间差(TDOA)算法构建矿山电铲定位模型。根据TDOA测距算法,测量各基站到目标电铲位置的距离并计算差值;对获取的距离差信息进行滑动平均滤波,以抑制测距过程中产生的噪声,平稳数据;根据滤波修正后的距离差计算出标签位置;用强跟踪扩展卡尔曼滤波(STFEKF)算法跟踪目标电铲位置,进一步消除噪声,提高运动过程中目标电铲的定位精度。仿真结果表明,在不同观测噪声的影响下,滑动平均滤波+STFEKF的定位方案误差小于传统EKF算法,有效解决了距离增加或电铲运动状态突变时定位误差增大的问题;定位均方差较传统EKF算法降低70%以上,定位轨迹更接近于目标的真实移动轨迹,具有良好的定位跟踪及噪声抑制能力。

装载机铲装过程自动化控制研究

根据相关文献给出的较理想的直线铲装作业轨迹曲线构建方法,构建某型1.2 t铲斗直线铲装作业轨迹曲线,然后以铲装作业轨迹曲线的初始位置为绝对坐标原点,构建装载机工作装置多刚体运动方程,并根据铲斗铲装过程最小阻力姿态特性建立最小阻力铲装策略,通过该策略和作业轨迹曲线获得铲斗姿态和斗尖坐标,导入装载机工作装置多刚体运动方程获得动力源驱动速度控制曲线,最后对速度曲线进行优化,减小动力源的驱动速度曲线的高频抖振的现象,使输出的速度控制曲线符合实际应用。

大型矿用挖掘机履带销的断裂分析和优化设计

通过理论分析、有限元分析、力学性能分析、宏观及微观分析等方法和手段,对断裂的履带销轴进行失效分析,结果表明,热处理方式不合理是销轴断裂的主要原因。通过合理匹配热处理硬度和表淬硬度,有效解决了履带销断裂的问题。该研究结果提供了一套完善的解决方案和思路,为以后产品设计和解决现场问题提供理论依据。

装载机铲装轨迹及作业阻力实时测试方法研究

对装载机铲装作业过程进行分析,通过开发装载机整机位移实时检测装置并基于销轴传感器和位移传感器构建了装载机铲装轨迹及作业阻力测试装置,研究了基于测试数据的装载机铲装轨迹及作业阻力计算方法。测试试验结果表明,通过该方法能准确获得装载机的铲装轨迹、作业过程中的铲斗转角、装载机水平和竖直方向的作业阻力等实时测试数据。

电铲履带系统Adams ATV动态仿真

针对重型履带系统复杂的车辆-地面力学问题,使用Adams ATV模块建立电铲整机模型,准确计算在软地面爬坡、转弯和越障等工况下履带系统的驱动力矩和支重轮受力。爬坡工况下履带系统驱动力矩仿真结果与理论值基本一致,转弯工况下驱动力矩理论值与仿真结果的相对误差在2.5%~26.2%区间;原地转弯所需驱动力矩与12.5°坡角爬坡所需驱动力矩接近。在硬地面越障时,支重轮受力最大值占整机总重力的41.8%。与实际使用值对比结果表明,仿真结果和理论计算值可作为方案设计的参考,且理论计算值偏于保守;各工况计算结果可为动力配置和后继强度设计提供依据。

WK-35电铲行走履带链装置失效分析

阐述了WK-35电铲行走履带机构的构造及其工作原理,并对该WK-35电铲行走履带链装置的使用情况和出现的异常磨损故障展开了详细的失效分析,最终找到了导致WK-35电铲行走履带链装置异常磨损失效的真正原因;有针对性地提出了相应的预防措施,并提供了在不对电铲大拆解或整体顶升的现场条件下进行整条履带链的升级改造工艺方案,对WK-35电铲的维修维护提供借鉴。

WK-4电动挖掘机回转机构剖析及托辊部分改造

主要对 WK—4电动挖掘机回转机构机械结构和机械原理进行剖析,阐述了 WK—4电动挖掘机回转机构上环形轨道、下环形轨道、托辊等机械装置的改造,现场使用证明,改造效果良好。