面向智能挖掘机的最优挖掘轨迹规划

以实现挖掘机的智能化、工作装置的自动轨迹控制为目的,提出了一种基于能耗最小的挖掘轨迹规划方法.通过研究挖掘机铲斗与物料相互作用过程中的阻力特性,并综合考虑物料的重力、铲斗与物料间的摩擦力、挖掘速度以及铲斗两侧物料对挖掘阻力的影响,构建了一种适用于大型矿用挖掘机的动态挖掘阻力预测模型.运用提出的挖掘阻力预测模型,从多种不同堆角的料堆出发,以挖掘单位质量物料的能耗最小为目标函数,在综合考虑结构和性能约束的基础上建立了优化模型,并应用于WK-55挖掘机的控制参数优化,得到了挖掘不同堆角的料堆时的最优挖掘参数.结果表明:对于任意堆角的料堆都有最优挖掘参数可以在保证挖掘效率的前提下使挖掘机以最小能耗进行挖掘作业,为智能挖掘机的研发提供了理论参考.     

液压挖掘机挖掘力计算新方法

以工作区域和挖掘点为对象,提出了一种研究理论挖掘力大小及其分布规律的新方法.首先求得挖掘点的空间位置,再利用逆运动学原理求解每个挖掘点对应的挖掘姿态,根据对应的限制不等式组求解每个挖掘姿态的理论挖掘力,最后得到每个挖掘点的理论挖掘力和整个挖掘区域的挖掘力分布规律.以某36t反铲液压挖掘机为例,验证了相邻挖掘点或相似挖掘姿态的理论挖掘力相近的假设.结果表明:在大多数挖掘点上新方法得到的理论挖掘力比传统方法有较大程度(20.2%)的提高,且更能准确地反映挖掘机在给定挖掘点上所能发挥的最大挖掘力.     

挖掘机最大理论挖掘力的确定

运用矢量方法推导了任意工况和姿态下的理论挖掘力计算公式，提出了借助于优化方法确定挖掘机最大理论挖掘力及其姿态的新思想和新方法。通过实例分析计算，验证了这种方法的可行性，为分析计算挖掘机的挖掘力及其相应姿态提供了理论依据和新的计算方法。     

液压挖掘机挖掘阻力特性研究

基于3种常用挖掘方式,研究并得到单次挖掘过程中挖掘阻力随时间和挖掘轨迹的变化规律.对比多次实验结果得到阻力系数和阻力矩系数在挖掘过程不同阶段的分布情况,基于方向角变化规律研究各构件运动对挖掘阻力方向的影响.基于统计学原理计算出阻力系数、阻力矩系数、阻力角和差值角在挖掘阻力不同取值范围内的分布特性、主值区间和概率密度,为理论挖掘力的计算、工作装置的设计和优化奠定基础.     

四自由度挖掘装置的力学特性分析

为了分析四自由度挖掘作业装置的力学特性,利用Denavit-Hatenberg齐次变换矩阵建立了作业装置的运动学模型,确定了各个关节相对于基础坐标系的函数关系式。根据作业装置各个关节之间的连接关系和不同的驱动方式,分别建立了斗杆、铲斗挖掘时的最大挖掘力优化求解模型,得到了作业装置在工作空间内的挖掘力、倾翻力矩和水平作用力的分布特性,为作业装置的设计、挖掘机作业稳定性分析和安全控制提供了依据。提出的优化分析方法,具有简单、可靠的特点,有理论和工程应用价值。     

基于遗传算法的挖掘机工作装置铰点位置优化

将挖掘机工作装置视为一个整体,建立了工作装置整体优化设计数学模型.以挖掘机的挖掘力为优化目标函数,以工作装置各铰点位置的几何参数为优化设计变量,基于遗传算法进行编程,并以某挖掘机工作装置为例进行优化求解.计算表明:在保证挖掘机工作区间在一个合理范围内的前提下,只需将工作装置铰点位置做少许调整,就可以使挖掘机的挖掘性能得到明显改善,铲斗和斗杆的最大挖掘力分别提高1%和5%.采用遗传算法可以快捷而有效地对挖掘机工作装置铰点位置进行优化设计,是对挖掘机性能进行优化设计的一种有效方法.     

液压挖掘机挖掘力的仿真分析与研究

以XCG60-8A液压挖掘机为研究对象,开展虚拟样机平台下挖掘力的仿真分析与研究.采用Pro/E 5.0和ADAMS 2015仿真软件建立XCG60-8A液压挖掘机的虚拟样机,并在虚拟环境中进行挖掘机挖掘力的仿真分析与测试研究;采用XCG60-8A的物理样机进行选定工况试验,通过将试验现场实测数据和仿真结果做比较,进一...     

基于作业路径的液压挖掘机挖掘性能

为了解决中国液压挖掘机挖掘过程中挖掘力不足的问题,提出一种基于作业路径的液压挖掘机挖掘性能分析新方法。充分考虑挖掘机连续挖掘的习惯特点,定义挖掘作业路径由铲斗挖掘轨迹和斗杆挖掘轨迹复合组成,依据动臂工作位置将可行挖掘域分成一系列作业路径,基于挖掘作业路径上离散点的整机挖掘力参数来评估挖掘机的挖掘性能。基于新分析方法对1台中国产液压挖掘机和同吨位日本产液压挖掘机进行挖掘性能分析对比。研究结果表明:中国产挖掘机和进口挖掘机作业路径上最大挖掘力相差达20kN,斗杆挖掘充分发挥比例相差达12%,充分解释了中国自主生产的液压挖掘机挖掘性能不足的原因;该新方法对挖掘机的设计具有理论意义,同时推动了中国挖掘机研究工作的进一步发展。     

确定挖掘阻力关键因素值与方法的研究

确定挖掘阻力的关键因素是挖掘厚度,而针对爆破后矿堆如何确定挖掘厚度始终困惑设计者.基于具有代表性的实际爆破后矿堆的挖掘过程和挖掘体积与铲斗容积相等的原则,建立挖掘轨迹方程和挖掘厚度的数学模型,运用数学极值理论,求得最大挖掘厚度与铲斗内宽的数学关系,并与实测值相符;还求得整个挖掘过程的挖掘阻力和最大挖掘阻力.针对爆破后矿堆,提出了确定挖掘阻力关键因素值与新方法,为确定其他力能参数提供了可靠依据.     

挖掘机器人阀控缸系统RBF神经网络参数辨识

为提高液压挖掘机器人工作装置轨迹规划控制精度,减小按照理想模型进行控制的阀控缸系统存在的控制误差,获得更接近实际状况的阀控缸系统控制模型,采用RBF神经网络方法,建立含阀控缸系统待辨识参数及Jacobian信息的线性方程组.以挖掘机斗杆油缸为研究对象,经实验获得油缸进回油压力、斗杆倾角参数,辨识出阀控缸模型中阀的增益系数kq、体积模量Eoil和内泄漏系数Cli.最后通过对阀控缸系统进行力控制实验对比研究,验证了采用辨识参数的系统模型控制精度较好,有很强的鲁棒性.     

液压挖掘机动力学研究

通过对液压挖掘机在工作过程中工作装置所受到的力和运动之间关系的研究，对液压系统液体流动和工作装置运动分别对挖掘力的影响作出了定量分析，并建立了相应的数学模型。关键在于根据能量守恒定律，解决了不能直接用动静法研究因惯性力所引起的冲击载荷问题，并推导出两种计算动载荷（或瞬息力）的公式，使液压挖掘机在工作过程中可能出现的最大瞬息力的取值有了理论依据     

液压挖掘机铲斗振动掘削功率消耗研究

液压挖掘机工作时,铲斗液压缸无杆腔的油液压力间接反映了土壤的挖掘阻力.针对实验液压挖掘机独特的双阀芯液压系统及铲斗液压缸两腔所采取的控制策略,以“铲斗液压缸瞬时挖掘功率=无杆腔油液瞬时压力×无杆腔瞬时输入流量”为数学模型,探讨了液压挖掘机的功耗规律,将功耗规律对时间积分得到能耗规律;最后开展了大量的现场挖掘实验.结果表明,振动掘削相对于静态掘削不但可以有效地提高工作效率,而且还可以有效地降低挖掘阻力和功率消耗,且正弦波振动载荷的掘削效果明显优于三角波载荷.     

挖掘机虚拟载荷下换向阀开启过程的液动力分析

为了提高换向阀开启过程的换向性能,以降低该过程的液动力为目标,提出液压挖掘机虚拟载荷下开启过程的阀芯结构形态设计方法:以液压挖掘机整机动态性能试验数据为基础,将其作业的周期性、随机性载荷特征抽象为具有统计特性的虚拟载荷;再以虚拟载荷为边界条件,以降低开启过程阀芯所受液动力为评价标准,分析不同阀芯结构形态的流固耦合动力学响应,探讨换向阀阀芯结构优化设计方法.结果表明,合理等效阀口面积的U型槽结构可有效降低不同虚拟载荷下的阀芯液动力.     

基于绩效对比标准的三层生产-分销系统的最优批量策略选择

针对包括生产商、区域配送中心(RDC)和分销商的三层生产-分销系统,考虑货物进出RDC的批量对系 统的影响进行研究。首先利用基于时间基准的最大公约数法优化生产-分销系统模型求得固定批量策略,从而使 供应链上的生产-分销成本最小,在此基础上进一步探讨生产-分销过程中各种可能的情景,得到生产-分销系统 的多重混合批量策略。本文定义了一个绩效对比标准,依据此标准对对固定批量模型和多重混合批量模型进行 求解,得出最优批量决策方案。最后以中石油东北化工销售公司的部分数据作为计算实验和灵敏度分析的来源, 结果验证了绩效对比标准和最优批量模型的有效性。     

挖掘机激光高程定位方法

为实现挖掘机的三维空间定位,在安装工作装置各关节角度传感器的基础上,又安装平台回转角度检测装置和平台倾角传感器,并在斗杆上安装激光接收仪用于检测地面激光发射器发射的水平激光相对于接收仪零位的高度。建立挖掘机的运动学模型,推导车体相对于大地的坐标变换矩阵,即完成三维空间的车体定位,并得到常用而简单的车体高程定位公式。然后,推导该定位车体位姿下铲斗坐标系相对于大地的坐标变换矩阵,导出挖掘深度定位公式,实现了挖掘机挖掘轨迹的三维空间定位,为实现挖掘机的三维空间轨迹精确控制与挖掘深度控制打下了基础。     

单斗液压挖掘机工作装置的动力学响应

针对液压挖掘机工作装置大臂常出现裂纹现象,采用3-D软件PRO/E建立了整个工作装置的实体图,在有限元软件ANSYS下对其工作过程进行了动力学分析。研究结果表明:采用不同的挖掘角对工作装置的挖掘阻力影响较大;工作装置的最大应力出现在大臂与油缸的连接处;得出了不同姿态角度下工作装置的动力响应结果及受力状况,为液压挖掘机工作装置的动态优化设计提供了依据。