新型正铲挖掘装置动力学分析与控制系统设计

发布时间：2017-09-19 08:16

  本文关键词：新型正铲挖掘装置动力学分析与控制系统设计

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【摘要】：随着近几年国民经济的飞速发展,越来越多的道路交通项目、水利水电工程项目投入建设,它们都离不开工程机械的支持。因此人们对大型正铲液压挖掘机的需求越来越迫切,以及对挖掘机自动化和智能化控制技术的研究越来越重视。然而,有关正铲液压挖掘机技术的研究资料在国内比较匮乏,且挖掘机构型比较单一,再加上国外挖掘机技术的长期垄断,严重阻碍了我国挖掘机行业的发展。本文提出了一种新型正铲液压工作装置,对机构构型进行了创新,并对新机构进行了以下几个方面的研究:基于运动链环路理论,建立了新型正铲液压挖掘机运行学模型,对运动学模型进行了仿真分析及验证工作。运用拉格朗日方程和力矩平衡原理建立了新机构关节力矩和驱动力的关系,从而建立了动力学模型,通过Matlab对挖掘机挖掘过程三组液压缸的驱动力变化曲线进行了仿真分析。将在SolidWorks中建立的机构的三维模型导入到动力学分析软件ADAMS中,完成新机构的虚拟样机模型,并进行了动力学仿真分析及验证。最后对新型液压挖掘机动臂,斗杆,铲斗的控制系统进行建模仿真,并对比分析了控制系统加入PID控制器前后的响应效果,以及对铲斗轨迹跟踪控制进行了仿真研究。
【关键词】：正铲液压挖掘机 运动学建模 动力学建模 PID控制器 轨迹跟踪
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU621;TH137
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 液压挖掘机概述10-11
• 1.2 液压挖掘机的发展概况11-14
• 1.2.1 国外挖掘机的发展简介11-12
• 1.2.2 国内挖掘机的发展简介12-13
• 1.2.3 挖掘机的发展趋势13-14
• 1.3 正铲挖掘机装置的研究现状14-15
• 1.4 本文研究目的与思路15-18
• 第2章 新型正铲挖掘装置运动学分析18-36
• 2.1 新型挖掘机构运动学分析18-28
• 2.1.1 正铲挖掘机构的运动学正解19-22
• 2.1.2 正铲挖掘机构的运动学反解22-24
• 2.1.3 正铲挖掘机构运动学仿真24-28
• 2.2 新型挖掘机构速度和加速度分析28-33
• 2.2.1 正铲挖掘机构运动速度和加速度28-31
• 2.2.2 正铲挖掘机构的雅可比矩阵31-33
• 2.3 新型机构工作空间分析33-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 新型正铲挖掘装置动力学分析36-50
• 3.1 新型挖掘机构驱动力矩分析36-41
• 3.1.1 正铲挖掘机构杆件势能分析36-40
• 3.1.2 各关节驱动力矩40-41
• 3.2 新型挖掘机构液压缸驱动力41-44
• 3.2.1 动臂液压缸驱动力计算42
• 3.2.2 斗杆液压缸驱动力计算42-43
• 3.2.3 铲斗液压缸驱动力计算43-44
• 3.3 正铲工作装置挖掘过程分析44-49
• 3.3.1 铲斗挖掘过程阻力分析44-47
• 3.3.2 工作装置挖掘过程驱动力分析47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 新型液压挖掘机构虚拟样机建模分析50-60
• 4.1 正铲挖掘机构虚拟样机的建立50-55
• 4.1.1 SolidWorks三维建模50-52
• 4.1.2 模型导入ADAMS并设置参数52-55
• 4.2 正铲挖掘机构的动力学仿真分析及验证55-59
• 4.2.1 基于ADAMS动力学仿真55-57
• 4.2.2 动力学仿真值与理论值的对比57-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 新型正铲液压挖掘装置控制系统设计60-75
• 5.1 液压缸控制子系统的数学建模60-67
• 5.1.1 动臂子回路建模及仿真60-65
• 5.1.2 斗杆子回路建模及仿真65-66
• 5.1.3 铲斗子回路建模及仿真66-67
• 5.2 控制子回路PID控制器设计与仿真67-74
• 5.2.1 参数整定68-70
• 5.2.2 三个控制子系统PID控制器建模与仿真70-72
• 5.2.3 铲斗末端轨迹跟踪的仿真分析72-74
• 5.3 本章小结74-75
• 结论75-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果81-82
• 致谢82

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本文编号：880518