破拆机器人液压系统特性分析及能量回收

发布时间：2020-04-08 12:35

【摘要】：破拆机器人因结构紧凑、自由度多、作业精度高、操作灵活等优点在工程中得到广泛应用。采用了单泵多执行器负载敏感液压控制系统的破拆机器人可以根据负载的变化情况来实时调整泵的输出压力与输出流量,有效地提高了传统破拆机器人液压传动效率。但是,这类系统在负负载及复合动作时仍有大量能量浪费。因此,基于负载敏感系统进一步展开能量回收的研究是十分必要的,具有较好的理论研究意义和工程应用价值。目前有关能量回收技术的研究大多仅针对负负载展开,但在论文的研究中发现实际上有些非负负载也具备采用能量回收单元进行回收的可能性。论文提出了一种新型臂系能量回收方案,即通过电子控制系统对不同工况进行识别,实现在某些复合动作下对势能和压力补偿阀能耗的同时回收,从而提升系统节能效果。此外,论文基于单泵多执行器阀前补偿负载敏感系统开展能量回收的研究具有执行元件速度只与比例阀开度有关而与能量回收单元背压无关的优点。论文主要研究工作和成果如下:(1)联合仿真建模研究。根据破拆机器人本体结构以及液压系统的组成,采用AMESIM和Virtual.Lab Motion软件建立了破拆机器人机电液联合仿真模型,实现了电液系统和机械系统之间的耦合以及实时地数据交互。(2)液压系统静动态特性及实验研究。分析了不同参数对回转动态特性的影响,研究了机械臂在上升、下降和复合动作下的运动规律,发现了回转制动末段以及机械臂下放初始阶段的抖动现象。对破拆机器人进行样机实验,通过实验数据和仿真数据的对比验证了仿真模型的准确性。(3)能耗分析研究。对回转制动、机械臂下降以及大臂和二臂复合动作过程的能耗进行分析,研究表明,在安全阀、平衡阀和压力补偿阀上存在数量可观的可回收能量。(4)回转能量回收系统研究。设计了回转制动回油侧高压油通过换向阀充入蓄能器并在回转启动时释放的能量回收利用方案,研究表明,所设计的回转能量回收系统不仅可以起到回收制动动能的作用,而且可以减轻制动末段的抖动。(5)臂系能量回收系统研究。设计了新型臂系能量回收方案,通过电子控制系统对不同工况的识别实现了势能和压力补偿阀能量的回收,研究表明,该方案使得大臂和二臂在不同上升工况下可节能30%~67.6%且下放时的稳定性得到较大提高。
【图文】：

破拆机器人液压系统特性分析及能量回收布鲁克机器人有多种型号，其中最小型号的机器人可以在室内作业，可以乘坐电梯甚至自主攀爬楼梯，Brokk60 就是其中一款，其效率大约是人工作业的 8 倍。而最大的机器人如 Brokk800P，重量在 10 吨以上，最大臂长约 9.8m，广泛应用于大型转窖的除渣等方面，，其远程遥控功能可以避免使用人员受到来自周围危险作业环境的威胁[8]。目前，TOPTEC 和 FINMAC 是分别来自于德国和芬兰的在研发与生产破拆机器人方面的标杆企业[9]。图 1.1 和图 1.2 所示为 BROKK 机器人作业现场。

破拆机器人液压系统特性分析及能量回收布鲁克机器人有多种型号，其中最小型号的机器人可以在室内作业，可以乘坐电梯甚至自主攀爬楼梯，Brokk60 就是其中一款，其效率大约是人工作业的 8 倍。而最大的机器人如 Brokk800P，重量在 10 吨以上，最大臂长约 9.8m，广泛应用于大型转窖的除渣等方面，其远程遥控功能可以避免使用人员受到来自周围危险作业环境的威胁[8]。目前，TOPTEC 和 FINMAC 是分别来自于德国和芬兰的在研发与生产破拆机器人方面的标杆企业[9]。图 1.1 和图 1.2 所示为 BROKK 机器人作业现场。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH137;TP242

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本文编号：2619350