铲斗振动掘削岩土分析与岩土固有频率的估测方法

利用铲斗液压缸的工作压力模拟液压挖掘机铲斗挖掘工作时的阻力情况;对振动掘削与普通掘削的掘削效果进行对比实验研究;以共振理论为出发点,结合实验结果分析岩土共振对振动掘削过程的影响;应用共振理论,通过激振频率对比实验,采集多个频率下铲斗的最大挖掘阻力,利用最小二乘法确定岩土颗粒的固有频率。研究结果表明,振动掘削相对于普通掘削在减小挖掘阻力方面效果显著;当铲斗激振频率与岩土颗粒固有频率接近时,铲斗挖掘阻力最小。     

挖掘机工作机构应力应变可视化研究

考虑挖掘机工作过程载荷变化与工作机构位置的关联性,用有限元方法,对挖掘机工作装置进行结构设计和受力分析。首先在6t小型挖掘机上,分别针对斗杆挖掘和铲斗挖掘过程,用位移传感器和压力传感器测试出各个液压缸的位移、速度和对应工作腔的压力,计算出液压缸满载工作时,挖掘机大臂和斗杆的位置;再采用力矩平衡关系,计算出大臂和斗杆各个铰销点处的受力大小。以此数值作为有限元计算的载荷,计算出大臂和斗杆的应力分布云图,找出对应机构的应力集中部位和最大受力点。为进一步优化挖掘机工作机构、疲劳寿命预测提供理论依据。     

非对称泵控单出杆液压缸实验方法研究

非对称泵是一种可平衡单出杆液压缸有杆腔和无杆腔不对称流量的新型高效节能元件,对消除或减少液压系统能量损失具有显著效果,故需要在现有研究基础上从原理、功能及使用等方面不断完善改进,以便于投入到工程应用中。由于非对称泵结构的特殊性,进行泵控单出杆液压缸台架实验设计是非对称泵在液压回路中使用的基础性研究。实验回路中,非对称泵A油口接单出杆液压缸有杆腔、B油口接单出杆液压缸无杆腔、C油口接蓄能器、利用DSpace控制非对称泵斜盘倾角,达到变量控制液压缸。理论和实验表明,非对称泵可以有效匹配单出杆液压缸有杆腔和无杆腔不对称流量,实现非对称泵控单出杆液压缸的有效节能控制。     

变刚度条件下隧道掘进机撑靴液压缸的动态特性

全断面岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)的振动将造成其撑靴液压缸损伤,进而影响TBM的掘进.考虑液压缸的结构及其工作过程中的变刚度特性,基于拉格朗日方法建立了TBM撑靴液压缸集中参数动力学模型,分析了活塞杆伸出量、撑靴界面刚度和油液等效刚度等因素对液压缸振动的影响,并分析了TBM工作过程中,撑靴液压缸内部的载荷特性.结果表明:随着活塞杆伸出量的增加,液压缸的固有频率略有下降;随着撑靴界面刚度和导向铜套的等效刚度增加,液压缸的固有频率略有提高;活塞杆密封和油液等效刚度对撑靴液压缸的振动固有频率的影响最明显.通过分析TBM撑靴液压缸的动态特性,可以得到撑靴液压缸的振动载荷规律,为研究液压缸的损伤提供了载荷基础.     

液压挖掘机的动应力测试与瞬态分析

采用动态测试和瞬态分析方法研究液压挖掘机工作装置在常态挖掘过程中的动应力特性,首先针对某反铲液压挖掘机的常态挖掘过程,搭建动应变、油压和角位移的同步采集测试平台;然后基于达朗贝尔动静法原理,分别建立动臂、斗杆和铲斗的动平衡方程,并代入测试数据计算出构件各铰点的动载荷谱,将其转换到随体坐标系中再进行瞬态分析.动态测试和瞬态分析对比结果表明,仿真应力与测试应力的变化规律一致,瞬态分析能够得到挖掘机工作装置整体的动应力特性,可以作为判断工作装置动应力分布规律和危险截面的依据.     

非对称液压缸的动态特性仿真研究

根据液流的连续性原理,通过对非对称液压缸进行受力分析,研究非对称液压缸的动态特性。在此基础上,提出非对称液压缸的数学模型,得到了液压缸阻尼比、固有频率间的关系。根据其数学模型,运用MATLAB软件对挖掘机铲斗液压缸动态特性进行仿真,得到了非对称液压缸的速度响应曲线和大腔的压力曲线,直观地揭示了其动态特性。通过对影响铲斗液压缸动态特性的主要因素的分析,提出了加快其速度响应和改善其运动平稳性的实用措施,指出降低铲斗液压缸的超调量与提高铲斗液压缸的响应速度存在矛盾,需要针对具体情况协调考虑。     

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.     

基于阻力特性的液压挖掘机复合挖掘力建模

基于挖掘过程中三缸联动的实际作业状态,提出复合挖掘力概念.根据动臂、斗杆和铲斗的各自分工确定复合挖掘力限制条件;利用阻力角和差值角的主值区间确定复合挖掘力方向角的取值范围;假设给定挖掘姿态下复合挖掘力大小随方向角渐变,建立复合挖掘力计算模型.以某36 t反铲液压挖掘机为例,验证了该假设的正确性.以真实挖掘轨迹和测试挖掘阻力为基准,对比现有理论挖掘力模型和复合挖掘力模型的计算结果,结果表明后者能够更准确地估算挖掘机的复合挖掘能力.该研究为挖掘机工作装置的优化设计和强度分析提供了评价标准和计算依据.     

基于双阀芯的挖掘机振动掘削系统仿真分析

针对传统的机械式激振实现振动掘削的结构复杂、功能单一的缺点,根据双阀芯的工作原理设计了一个基于双阀芯的挖掘机振动掘削系统,该系统能通过控制液压系统实现振动掘削的精确控制并能方便地调节振动参数.为了在设计阶段实现系统的优化,分析不同振动加载方式对系统控制性能的影响,以双阀芯系统的数学模型为基础建立了双阀芯振动掘削系统的AMESim仿真模型,运用计算流量反馈的流量控制方法和PID算法实现了阀芯的流量控制,并对矩形波、正弦波和三角波三种流量输入波形的控制精确性进行了仿真分析,得出了三角波和正弦波要比矩形波输入控制更精确的结论,对振动参数优化试验有一定的指导意义.     

基于扩展卡尔曼滤波器的液压驱动器状态估计

本文的液压驱动器属于不可观测的非线性系统,普通的状态观测器难以胜任系统的状态估计,故采用扩展卡尔曼滤波器对液压缸活塞腔和杆腔压力进行估计.建立了液压系统的4阶非线性状态空间模型,用高斯-牛顿法拟合模型参数,用关节角度信号通过扩展卡尔曼滤波器估计液压驱动器状态.仿真结果表明该方法可以精确估计液压缸压力,实验结果显示该方法估计的关节扭矩接近测量值;从而验证了扩展卡尔曼滤波器估计液压系统状态的有效性,为基于状态的故障诊断和液压驱动器控制提供了一定的借鉴.     

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.     

液压挖掘机工作装置建模分析与仿真

针对液压挖掘机运动学和动力学建模复杂过程,以某型6 t挖掘机工作装置为研究对象,利用SimMechanics对机械结构进行快速建模,从而代替运动学模型获得挖掘机机构模型.采用Pro/E软件对液压挖掘机工作装置建立三维模型,将其导入ADAMS环境中,并对比验证作业结果.在ADAMS软件中,对挖掘机工作装置进行动力学仿真,得到液压挖掘机的工作特性曲线.仿真结果表明:理论上添加的载荷能够体现在各个驱动关节处受力变化中,相比其他阶段,在挖掘阶段关节受力矩变化影响较为复杂.     

挖掘机正流量泵控液压系统的特性分析

采用泵控挖掘机液压系统特性分析方法,在分析泵的输出特性的基础上,给出确定先导压力信号和控制泵排量的方法,并对泵的输出特性进行了仿真和实验研究。结果表明:正流量控制下,泵的排量由执行器流量需求和油泵的p-Q曲线动态实时调节,系统具有良好的负载流量适应性和负载敏感性,其液压系统中不存在负压,只有约0.5 MPa的背压,回油功率损失几乎为0。     

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。     

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     

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。     

机场振动压路机液压系统动态性能检测方法

为改善现阶段液压系统动态性能检测通过选用静态检测时的技术指标与准确性指标,把检测到的瞬时值看作常量静态检测数据,得到的动态性能检测结果不合理,不适于动态性能检测的问题。为此,提出一种新的机场振动压路机液压系统动态性能检测方法。通过分析机场振动压路机液压系统控制原理,对振动压路机液压系统动态性能进行分析,在此基础上,设计一种机场振动压路机液压系统动态性能检测系统,将传感器看作数据采集元件,通过涡轮流量计对流量进行采集,利用提取输出电压信号随加载压力改变的特点,间接检测外界压力信号值,通过最小二乘法获取采集数字量与实际压力信号建的映射关系,对压力信号进行标定,通过A/D转换卡把仿真信号转换成数字信号传输至PC机,利用计算机软件完成数据分析和处理,研究出液压系统动态性能检测方法。结果表明,所提方法检测结果可靠,误差低。可见所提方法能够有效对动态性能进行检测。     

挖掘机工作装置电液控制系统的抗干扰特性

针对PC02挖掘机工作装置拟人操作的二级计算机控制系统,提出在底层电液控制系统里应把抗干扰性作为系统性能的主要衡量指标,减小外部载荷的突然变化对铲斗运动速度的影响.建立了挖掘机工作装置电液控制系统的状态变量模型和Simulink仿真实验模型,通过设计模糊辅助控制器对常规模糊PID控制器的输出比例因子KF进行在线调整,扩大了比例环节的影响程度.仿真实验得到了在铲斗外部不确定载荷发生突然变化时,系统的抗干扰特性曲线.模糊辅助控制器减小了外部载荷对活塞杆伸出速度的影响.