步行式挖掘机越障能力分析

针对步行式挖掘机在越障过程中的稳定性和作业装置可提供支承性问题,建立了作业装置的多自由度运动方程和整机越障时的稳定性分析力学模型,提出了一种关于步行式挖掘机越障能力分析的优化模型,利用逐步二次规划法对挖掘机的越障高度和作业装置的支承点位置参数进行了优化,计算结果表明,该优化方法具有较强的实用性和可靠性,可为确定步行式挖掘机的越障性能参数提供理论依据.     

四自由度作业装置系统横向推拉力特性分析

针对步行式挖掘机的步行能力问题,利用Denavit-Hatenberg齐次变换矩阵建立了四自由度作业装置系统的运动学模型,以确定多节臂作业装置相对于基坐标系的函数关系,根据作业装置各个机构之间的连接关系和不同的驱动方式,分别建立了四自由度作业装置系统的横向最大推力和最大拉力的线性规划优化模型,利用序列二次规划算法求解该优化模型,得到了作业装置在工作空间内的最大横向推拉力的特性分布图。     

一种计算步行式底盘局部结构载荷的优化方法

为确定步行式底盘局部结构在作业时的最大受力状态,对底盘结构进行强度设计,建立底盘和局部受力结构在作业状态下包含所有位置自由度参数的力学分析模型,提出一种基于响应面法求解底盘局部结构载荷的优化分析模型。用两级优化模型对局部结构的最大受力状态进行优化：第1级优化模型用逐步二次规划法找到局部结构在给定位置参数下的最大受力状态,然后通过正交试验设计构造出局部结构界面最大受力状态与位置参数之间的响应面函数;第2级优化模型用遗传算法求解响应面函数的最大值,并通过二分法不断缩小位置参数的搜索空间,提高响应面函数的逼近水平。研究表明,该优化方法是解决复杂结构系统中多变量优化问题的有效手段,并为步行式机构设计提供理论依据。     

一种求解步行式挖掘机底盘力学模型的工程方法

步行式挖掘机在作业状态下,底盘的四个轮胎的受力问题为超静定问题,为了确定局部结构的受力状态,进一步对底盘结构进行结构设计,提出了一种面向底盘结构强度设计的求解步行式挖掘机轮胎支承反力的工程方法,并给出相应的非线性优化问题的求解模型,研究表明,该方法可以有效地解决底盘中的多自由度刚体超静定的求解问题,为底盘的结构设计提供可靠依据.     

液压挖掘机机械系统在ADAMS中的运动学仿真分析

将三维造型软件UG和机械系统运动学/动力学分析软件ADAMS结合起来,建立了液压挖掘机机械系统的虚拟样机模型。对挖掘机机械系统进行运动学仿真确定了挖掘机整机作业范围和最大挖掘半径、最大挖掘深度、最大挖掘高度、最大倾斜高度和最小倾斜高度等特殊工作尺寸。仿真结果表明,所设计液压挖掘机机械系统较为合理,作业范围合理,满足对特殊工作尺寸的要求。     

基于蒙特卡洛法的挖掘机反铲装置作业空间分析与仿真

根据挖掘机反铲装置作业情况,对挖掘机作业空间进行了有效的描述.应用矩阵理论和机器人运动学理论,建立了挖掘机反铲装置的运动学模型,并推导出反铲装置斗齿尖的参数方程.同时,提出采用蒙特卡洛法求解挖掘机反铲装置的作业空间.在MATLAB中,编写了基于蒙特卡洛法挖掘机反铲装置的作业空间仿真程序,直观地模拟了挖掘机的作业空间,仿真结果与采用虚拟样机技术在ADAMS中仿真结果基本一致,证明采用蒙特卡洛法分析、模拟挖掘机反铲装置作业空间的有效性和实用性.     

大型正铲液压挖掘机工作装置性能的优化仿真

针对大型正铲液压挖掘机工作装置工作范围和挖掘力的性能优化问题,首先采用ADAMSMew开发了液压挖掘机工作装置的运动学仿真模型,通过对其进行运动学仿真得出了挖掘包络图与工作范围性能指标,并通过调整铰接点位置的优化方法对工作范围的性能进行了优化;然后利用ADAMS/Hydraulics开发了正铲液压挖掘机工作装置液压模型,集成于工作装置运动学模型,从而建立了工作装置动力学模型,对其进行了挖掘力性能仿真研究,通过调整铰接点位置的优化方法对最大挖掘力进行了优化.研究结果表明,通过采用该仿真优化方法,提升了工作装置的工作范围与挖掘力的性能,筛选出的最终优化方案,将作为研发大型液压挖掘机的设计依据.     

KAISER步行式挖掘机

总部位于列支敦士登(瑞士)的KAISER公司在1965年发明生产了世界上第一台灵活型步行式挖掘机。这种步行式挖掘机虽说与传统意义上的挖掘机     

面向自主作业的挖掘机多目标最优挖掘运动规划

对反铲挖掘机进行运动规划是实现自主作业前提。以最短挖掘时间和最低挖掘能耗为目标,提出了一种挖掘运动规划的方法。以21t级反铲液压挖掘机为研究对象,首先结合采集的挖掘作业载荷谱和对应的斗尖轨迹,在保证满斗率大于0.9前提下,提取一条单位质量能耗最小的挖掘轨迹作为目标轨迹进行最优运动规划。进一步建立了挖掘机工作装置动力学模型,并通过实测数据验证了该动力学模型的准确性。在此基础上建立以斗尖初速度和加速度为优化变量,以最短挖掘时间和最低挖掘能耗为目标的优化模型。引入权重系数表征不同的挖掘作业模式后,利用遗传算法对优化模型进行优化求解。并分析不同权重系数对规划结果的影响,结果表明：针对不同权重系数,优化模型都可以取得最优解,验证了该优化方法的有效性。     

基于SimulationX挖掘机液压系统联合仿真及能耗分析研究

为研究挖掘机液压系统的能耗损失,寻找节能的途径,采用SimulatinX仿真软件建立了挖掘机液压系统的仿真模型,采用CATIA软件建立了挖掘机的三维模型,利用两种软件进行仿真,获得了挖掘机标准循环工况下的能耗,结果表明工作机构中动臂缸在作业过程中能耗最大,多路阀中的出口节流损失和旁路损失最大,应该列为节能的重点。该研究对于挖掘机节能优化问题具有一定的理论意义和实用价值。     

Mechanism optimal design of backhoe hydraulic excavator working device based on digging paths

In order to solve the problem that hydraulic excavator in the real working process cannot meet the design requirements and reveals insufficient digging force, a new method on mechanism optimal design of backhoe hydraulic excavator working device based on digging paths is introduced and discussed in this paper. Considering the characteristics of consecutive digging process of hydraulic excavator, a digging path is composed of bucket digging trajectories and arm digging trajectories. The feasible working region is divided into a series of uniform paths according to the working position of boom. The practical digging performance of excavator is evaluated based on the digging force parameters under combined work condition of the discrete points on the digging paths. It is turned out that the method is more accurate to analyze excavator’s real-world digging performance via the analysis of some practical cases. Based on the new digging performance analysis method, the optimization mathematical model is built to ensure the digging force under combined work condition and the average digging force of every operating path as big as possible. The layout design of hinge position on the working device is optimized through genetic algorithm. The optimization result shows that a certain model of an excavator’s maximum digging force on the customary digging paths is improved by 10% and the average digging force is improved by 4% after the optimization on the working device of the excavator with weak digging force.     

液电混合驱动轮式挖掘机行走系统特性分析

轮式挖掘机行走时,行驶速度变化频繁,负载的剧烈变化导致发动机效率低下;制动时动能由机械制动器消耗,大量机械能转化为热能,能量损失严重。为此,提出液电混合驱动轮式挖掘机行走系统,采用高能效的伺服电机控制行走速度,液压泵/马达与蓄能器组合,回收制动动能,并在加速等大功率工况辅助电机驱动行走系统。对系统的工作原理进行参数设计,制定驱动与制动控制策略,建立原机行走系统与所提系统的多学科联合仿真模型,进行仿真分析。结果表明：相同工况下,与原机行走系统相比,液电混合驱动行走系统能耗降低了56.5%,高效回收了制动动能。     

柱塞泵压力脉动对液压挖掘机振动特性的影响

针对柱塞泵压力脉动对液压挖掘机振动特性的影响,建立包含发动机、柱塞泵、回转平台、驾驶室在内的液压挖掘机整机的动力学模型。分析作用在液压挖掘机上的柱塞泵压力脉动激励、发动机激励、路面激励3种外激励特性,研究液压挖掘机在外激励作用下的振动性能,揭示柱塞泵压力脉动激励对液压挖掘机振动特性的影响机理,并通过试验进行验证。研究表明:当液压挖掘机处于定置回转、定置工作以及行走工况下,柱塞泵压力脉动激励将对液压挖掘机动态性能产生影响,而当液压挖掘机处于定置怠速工况下,柱塞泵压力脉动激励较小,此时其对液压挖掘机动态性的影响也较小。     

实测载荷驱动下挖掘机动臂的疲劳寿命研究

针对挖掘机工作装置疲劳分析中由于复杂载荷难以模拟而导致结果误差大的问题,提出一种完全由真实载荷驱动的工作装置疲劳寿命研究方法,为工作装置结构设计提供了依据.以20t挖掘机为研究对象,采用D-H(Denavi-Hartenberg)法建立挖掘机工作装置动力学模型,并根据传感器记录的挖掘过程中各液压缸压力和位移的变化曲线结合力平衡方程得到动臂各铰点的真实工作载荷,再应用疲劳分析软件对动臂进行疲劳分析,获得寿命云图.研究结果为挖掘机工作装置的结构设计提供了参考依据.     

New knowledge-based genetic algorithm for excavator boom structural optimization

Due to the insufficiency of utilizing knowledge to guide the complex optimal searching, existing genetic algorithms fail to effectively solve excavator boom structural optimization problem. To improve the optimization efficiency and quality, a new knowledge-based real-coded genetic algorithm is proposed. A dual evolution mechanism combining knowledge evolution with genetic algorithm is established to extract, handle and utilize the shallow and deep implicit constraint knowledge to guide the optimal searching of genetic algorithm circularly. Based on this dual evolution mechanism, knowledge evolution and population evolution can be connected by knowledge influence operators to improve the conflgurability of knowledge and genetic operators. Then, the new knowledge-based selection operator, crossover operator and mutation operator are proposed to integrate the optimal process knowledge and domain culture to guide the excavator boom structural optimization. Eight kinds of testing algorithms, which include different genetic operators, arc taken as examples to solve the structural optimization of a medium-sized excavator boom. By comparing the results of optimization, it is shown that the algorithm including all the new knowledge-based genetic operators can more remarkably improve the evolutionary rate and searching ability than other testing algorithms, which demonstrates the effectiveness of knowledge for guiding optimal searching. The proposed knowledge-based genetic algorithm by combining multi-level knowledge evolution with numerical optimization provides a new effective method for solving the complex engineering optimization problem.     

履带式挖掘机器人CCD道路识别

为实现液压挖掘机器人的无人操纵、自主作业,对小松液压挖掘机进行机器人化改造,在对挖掘机行走机构、回转机构、工作装置实现全液压电液比例控制技术的基础上,通过电荷耦合器件(Charge Coupled Devices,CCD)摄像头采集室外规定路径图像,图像经平滑、去噪、二值化、边缘提取等处理后,对路径进行识别,将路径识别特征量作为履带式液压挖掘机左右行走液压马达的驱动控制信号,实现挖掘机对路径轨迹的自主跟踪.在二值图像基础上,采用直接边缘检测和跟踪边缘检测相结合的识别方法,保证路径识别可靠性.改造后的挖掘机器人集机械、液压、自动控制、机器视觉等技术于一体,采用摄像头获取路径图像,构成视觉伺服控制系统,控制挖掘机的行走机构,经实验验证是可行的.