液压挖掘机工作装置动力学分析与控制系统研究

发布时间：2019-04-10 10:01

【摘要】：液压挖掘机作为一种广泛应用的建筑机械，它的工作性能、时间效率、疲劳寿命都会对整个施工进度带来很严重的影响。挖掘机的工作装置作为挖掘机完成动作的直接实施者，，它结构的可靠性、耐久性直接关系到挖掘机的工作性能，因此对液压挖掘机的工作装置进行动力学分析就显得尤为必要。另外在挖掘的过程中，人工操作挖掘机很难控制挖掘精度，而且，一些挖掘环境相当恶劣，并不适合人工作业，所以研究挖掘机按给定轨迹自动挖掘的功能就显得十分必要，故而要对挖掘机工作装置进行控制系统分析。本文主要对挖掘机工作装置做动力学分析和相应的控制系统做必要的研究。 本文首先对液压挖掘机工作装置采用多体动力学中的Kane-Huston方法进行了动力学建模，得到液压挖掘机工作装置的动力学普遍方程；采用Pro/E和ADAMS软件完成液压挖掘机虚拟样机模型的建立，并添加必要的约束和外力系，模拟在真实环境下液压挖掘机的工作状态，用虚拟样机技术与ADAMS动力学分析软件对挖掘机进行了动力学仿真，得到在实际工作过程中，挖掘机动臂、斗杆和铲斗之间的速度、加速度和各铰销点处力的关系，为后续挖掘机结构的有限元分析奠定了基础；并分别对动力学普遍方程与虚拟样机模型进行了相关逆问题的求解，得到动臂、斗杆的转角变化曲线，二者相互对比，验证了彼此模型建立的正确性。 其次，液压挖掘机的控制系统分析分别采用联合仿真分析研究与理论仿真分析研究，联合仿真是采用动力学仿真软件ADAMS与控制系统分析软件MATLAB/Simulink有机地连接起来，实现机电一体化联合仿真，在此过程中，实现了二者之间的数据交换，使得在ADAMS进行动力学分析得到的数据传到MATLAB/Simulink中，在MATLAB/Simulink里建立的PID控制系统对其进行控制，最终得到液压挖掘机虚拟样机铲斗斗尖轨迹，并将其与理论给定轨迹，未加PID控制得到的轨迹分别比较，可知PID控制极大地加强了对挖掘机铲斗斗尖轨迹的控制，对以后的挖掘机控制系统研究具有指导意义；理论仿真是通过计算控制系统各环节的传递函数，尤其是动臂、斗杆工作装置的传递函数，在MATLAB/Simulink里建立PID控制系统框图，进行控制仿真分析的，最终得到在添加PID控制算法下动臂、斗杆系统的阶跃曲线与正弦信号跟随曲线，并与未加PID控制的结果进行比较，而且对关于挖掘机工作装置的传递函数计算时，考虑动力学与不考虑动力学两种情况进行了对比研究，得出考虑工作装置动力学对挖掘机控制系统的必要性。 最后进行挖掘机工装轨迹控制系统实验台的搭建以及实验研究，针对三种载荷情况，即空载、轻载、重载，进行了实际挖掘机电液比例阀性能实验与PID控制实验，检测了动臂、斗杆电液比例阀的工作特性，明确了各电液比例阀的工作区间；同时通过“PID控制”实验验证了PID控制算法的实用性，实现了按照给定水平直线的挖掘运动，得到了最优轨迹曲线与控制参数。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU621

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨占敏，邵明亮，裴淑荣;德国UB型液压挖掘机的一机多用[J];建筑机械化;1995年05期

2 邵强;柳工CLG220LC液压挖掘机[J];工程机械;2005年07期

3 李乐奇;何清华;郭勇;陈勇;;现代液压挖掘机斗杆阀联的结构[J];建筑机械;2006年09期

4 胡胜根,彭振宇,马进潮;液压挖掘机工作装置CAD[J];人民长江;2005年06期

5 田静;;浅析液压挖掘机的合理购置[J];黑龙江交通科技;2006年04期

6 邓家骧;;联邦德国的大型液压挖掘机[J];建筑机械;1985年03期

7 钦培忠;;液压挖掘机的自动水平控制机构[J];建筑机械;1983年02期

8 戴群亮,贾培发,黄旭就,章二平;智能化挖掘机控制系统的研究及应用[J];机器人技术与应用;2005年04期

9 应伟建;超长臂液压挖掘机挖掘与装载性能的改善[J];工程机械;1990年09期

10 钱仲焱,童昕,冯培恩;铰点布置对液压挖掘机工作装置动特性的影响[J];工程机械;1997年04期

相关会议论文 前10条

1 郭刚;黎波;张宏梅;罗文兴;;液压挖掘机工作装置轨迹模糊控制方法[A];2011中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2011年

2 陈学因;符燕秋;;液压挖掘机点检初探[A];绿色制造与低碳经济——2010年海南省机械工程学会、海南省机械工业质量管理协会“年会”暨机械工程科技学术报告会论文集[C];2010年

3 郭刚;黎波;张宏梅;罗文兴;;液压挖掘机作业过程预测控制方法研究[A];2011中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2011年

4 吴武飞;;PC400液压缸损坏的原因及预防措施[A];“绿色制造 质量管理”——海南省机械工程学会、海南省机械工业质量管理协会2011年会论文集[C];2011年

5 姜继海;于斌;于安才;沈伟;;基于能量回收再利用的液压挖掘机回转系统节能研究[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年

6 丁家声;;液压挖掘机与国家基本建设[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年

7 周志雄;王珍涛;王卓;;液压挖掘机在矿山应用的对比分析[A];2010全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C];2010年

8 武宏伟;权龙;;负载敏感型挖掘机液压系统能耗分析[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年

9 杨焕友;马运明;吴悦光;;大直径深立井安全快速施工技术探讨[A];矿山建设工程技术新进展——2009全国矿山建设学术会议文集（上册）[C];2009年

10 肖清;王庆丰;林添良;胡宝赞;龚文;;混合动力系统在液压挖掘机上的应用研究[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年

相关重要报纸文章 前10条

1 MEB 记者 谭思敏;电动液压挖掘机前景向好[N];机电商报;2011年

2 田野;卡特彼勒推出320C液压挖掘机[N];中国交通报;2001年

3 卜政铭;国产200吨液压挖掘机下线[N];地质勘查导报;2008年

4 商立今;北方重汽进军液压挖掘机市场[N];中国冶金报;2004年

5 ;液压挖掘机需求将加大[N];中国矿业报;2001年

6 雨 森;液压挖掘机[N];经济参考报;2003年

7 姚健;玉柴重工外观设计等三项专利获国家授权[N];中国工业报;2009年

8 龚纪强;液压挖掘机制造的节能趋势[N];中国交通报;2008年

9 谢慧;液压挖掘机2002年度销量增幅57.3%[N];中华建筑报;2003年

10 陈正利;国产液压挖掘机已属世界一流水平[N];中华建筑报;2000年

相关博士学位论文 前10条

1 林添良;混合动力液压挖掘机势能回收系统的基础研究[D];浙江大学;2011年

2 陈明东;液压挖掘机动臂下降势能回收技术研究[D];吉林大学;2013年

3 林潇;液压挖掘机并联式混合动力系统控制策略研究[D];浙江大学;2010年

4 张树忠;基于液压式能量回收的挖掘机动臂节能研究[D];西南交通大学;2011年

5 高峰;液压挖掘机节能控制技术的研究[D];浙江大学;2002年

6 杜文靖;液压挖掘机工作装置设计关键技术研究[D];吉林大学;2007年

7 尚涛;液压挖掘机作业及行走系统节能控制研究[D];吉林大学;2005年

8 朱建新;液压挖掘机振动掘削机理及其过程优化建模与智能控制策略研究[D];中南大学;2008年

9 张栋;基于功率匹配的挖掘机节能控制技术的研究[D];吉林大学;2005年

10 王冬云;混合动力挖掘机动力总成及参数匹配方法研究[D];浙江大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 王北战;液压挖掘机工作装置负载辨识技术研究[D];中南大学;2010年

2 王惠科;液压挖掘机工作装置静、动态特性研究与结构参数优化[D];中南大学;2010年

3 汪亮彬;液压挖掘机工作装置斗尖轨迹控制研究[D];辽宁石油化工大学;2010年

4 刘韬;液压挖掘机工作装置结构特性分析与仿真[D];中南大学;2010年

5 杨扬;液压挖掘机工作装置动力学分析与控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

6 王利华;液压挖掘机工作装置液压系统的分析研究[D];吉林大学;2011年

7 张俊;混合动力液压挖掘机仿真平台的建立与分析[D];吉林大学;2012年

8 黄亮;液压挖掘机动力系统匹配研究[D];西南交通大学;2012年

9 熊剑波;液压挖掘机振动性能的分析和测试方法研究[D];浙江大学;2013年

10 王在昌;液压挖掘机工作装置动力学分析及有限元优化设计[D];山东科技大学;2011年

本文编号：2455703