装载机铲斗参数优化设计及应用

装载机铲斗性能是确定装载机牵引性能和整体参数的重要因素,为设计出合理的铲斗斗型,实现作业过程的高效节能,需要对铲装作业过程和铲斗尺寸结构进行系统的研究.基于离散元素法,从散体力学的角度对铲装过程进行分析,并通过实验对比验证了模型的正确性.根据四参数铲斗设计原则研究不同截面几何参数的铲斗在相同条件下的插入阻力和满斗率.通过能量法对不同铲斗进行能量分析,得到满斗率尽可能高且最节能的铲斗,最优截面参数为:E0＝40°,D=1.3,E1=52°,G=0.31,为装载机节能型铲斗设计提供可靠地依据.     

装载机铲斗设计参数对作业阻力的影响研究

针对装载机铲斗四参数设计方法中,其四个主要参数对装载机铲装性能的影响程度尚不清晰的问题,运用2k因子分析法与离散单元法,对装载机铲斗四个主要参数对铲装性能的影响进行研究。得出斗张角E0、底弧比D和侧刃倾角E1是影响装载机铲装作业阻力的主要几何参数,其中底弧比D影响最大,侧刃倾角E1及斗张角E0次之,挡板高度系数G影响最小。     

基于密实核理论的装载机水平铲装阻力研究

在装载机的铲装作业过程中,密实核的产生会引起水平铲装阻力过大,从而导致其铲装性能的下降、能耗升高。针对这一问题,对密实核阶段的装载机水平铲装阻力进行了研究。首先,运用密实核理论分析了水平铲装阶段的阻力变化情况,再通过装载机的自动铲装试验,获取了铲斗所受的水平阻力,并以此为依据对密实核的存在进行了验证;然后,根据试验数据对避免密实核形成的方法进行了研究,在铲斗插入料堆深度范围相同的情况下,对有无密实核阶段的油耗进行了对比;最后,采用试验的方式,对滑移面理论模型和EDEM仿真的准确性进行了验证。研究结果表明：控制铲斗插入深度小于202 mm,可以避免密实核;在相同的铲装深度范围内,密实核阶段比无密实核阶段的铲装单位油耗要高出1.9～3.34倍;滑移面理论模型和EDEM仿真的误差不超过7%,均可以较为准确地计算出水平铲装阻力。     

装载机铲装过程试验分析及阻力研究

利用某额定载重量为5t的装载机,对碎石物料进行铲装试验,分析装载机铲装过程并对铲装阻力进行研究。将装载机加装位移传感器,测试装载机动臂、转斗油缸位移数据,导入Ncode软件,根据位移的变化,把装载机铲装过程分为铲斗放平、空载前进、插入、转斗、举升五个阶段;将装载机加装销轴传感器,测试销轴两向载荷数据,导入Ncode软件,根据载荷的变化,分析铲装过程中载荷变化,即铲装阻力的变化。与传统根据经验公式计算得到的铲装阻力[1]相比,试验获得的铲装阻力具有真实性和有效性的特点。铲装阻力数字化后,能为铲斗设计提供重要的评价指标,为整机能耗和效率的提升提供了重要的数据支撑。     

装载机铲装过程自动化控制研究

根据相关文献给出的较理想的直线铲装作业轨迹曲线构建方法,构建某型1.2 t铲斗直线铲装作业轨迹曲线,然后以铲装作业轨迹曲线的初始位置为绝对坐标原点,构建装载机工作装置多刚体运动方程,并根据铲斗铲装过程最小阻力姿态特性建立最小阻力铲装策略,通过该策略和作业轨迹曲线获得铲斗姿态和斗尖坐标,导入装载机工作装置多刚体运动方程获得动力源驱动速度控制曲线,最后对速度曲线进行优化,减小动力源的驱动速度曲线的高频抖振的现象,使输出的速度控制曲线符合实际应用。     

装载机铲装运动作业轨迹规划研究

装载机正在往智能化、节能化、低能耗趋势发展,为装载机规划一条低能耗、高效率的铲装轨迹尤为重要。现阶段验证装载机轨迹最佳方法未考虑工作环境带来的测量误差,近而规划铲装轨迹不能适用与真实工况的装载机。本文根据经验公式及插入深度公式混合计算,结合软件算法设计出比较接近真实工况的一次铲装曲线轨迹和混合铲装轨迹曲线轨迹,并将两条轨迹曲线输入到装载机工作装置试验台分进行测试验证。相比较传统的仿真模拟验证方法,本文采用真实工作台收集数据,还原铲装作业真实环境,引入铲斗满斗率和作业阻力双重标准进行评判。实验结果表明,对于相同作业量、相同时间内混合铲装轨迹法所受的力小于一次铲装轨迹法,且满斗率混合铲装法高于一次铲装法。     

装载机工作装置销轴载荷测试方法与试验研究

在分析装载机工作装置铲斗受力模型的基础上,针对动臂与铲斗销轴处的动态载荷测试问题,提出一种考虑装载机工作装置侧向力的销轴动态载荷测试方法,采用该测试方法可以准确获取动臂与铲斗铰接点处的销轴水平、竖直和侧向三个方向的动态载荷。在不改变工作装置受力特点的基础上,通过销轴传感器的设计与铲斗的结构改装建立了装载机工作装置销轴力动态测试系统,选取含有颗粒状铁矿石的原生土作为铲装作业工况,进行铲装试验测试,获得了动臂与铲斗铰接点处销轴三个方向的动态载荷变化。对实测数据进行了分析,结果表明:建立的销轴力动态测试系统能够准确地获得铰接点处销轴三个方向动态载荷;装载机工作装置动臂与铲斗销轴传感器测得的三个方向的动态载荷与铲装作业过程有密切的关系;首次获得了侧向力随铲装作业过程变化的动态载荷。这对于研究装载机工作装置的受力特性、载荷谱和疲劳性能具有重要的指导作用。     

大型液压挖掘机斗杆挖掘阻力的离散元素法研究

针对由于缺乏铲斗挖掘阻力等关键数据而导致在大型正铲液压挖掘机工作装置、液压系统设计时只能采用类比法而造成整机性能差的问题,对挖掘机斗杆挖掘阻力进行了离散元研究,提出了一套仿真评估方法:运用离散元素法,在EDEM中建立了矿堆模型,通过选择Hertz-Mindlin无滑动接触模型计算了元素间接触力,模拟了大型正铲液压挖掘机斗杆挖掘工况,分析研究了挖掘过程中铲斗所受挖掘阻力。将EDEM中所得挖掘阻力加载到ADAMS挖掘机动力学模型,进行工作装置和液压回路参数校核以及挖掘阻力实验验证。研究结果表明,挖掘阻力的仿真与计算为大型液压挖掘机工作装置和液压系统设计提供了可靠依据。     

装载机铲装过程仿真的物料堆建模方法研究

对装载机铲装过程仿真的物料堆建模方法进行了研究。使用ATOS Compact Scan 2M三维光学扫描系统扫描典型物料,并通过数据处理,获取了物料外表面轮廓。提出了一种多精度建模方法,在EDEM离散元软件中建立了不同精度的物料堆模型,通过和实验的对比,验证了模型的正确性。进行了水平插入阶段仿真,拟合出了不同建模精度情况下的铲装阻力曲线;以铲装阻力为参考,对不同精度物料堆情况的仿真误差进行了研究,并推测出真实情况下的结果,形成了一整套物料堆建模方法和仿真误差评价方法,为铲装过程仿真和后期优化提供了基础。     

装载机在公路工程中的运用技巧

装载机的基本作业过程是装料、转运、卸料及返回。根据施工作业对象的不同,应选择不同的作业方法。本文重点介绍装载机在公路工程中的运用技巧。 1.铲装碎石、砂子等松散材料 在公路工程中,目前装载机主要用于在拌和场铲装各种碎石、砂子等松散材料。铲装时宜采用直形带齿铲斗。首先将铲斗置于料堆底部,斗口朝前,机器低速前进,斗齿插入料堆。若铲装阻力较大,可操纵动臂使铲斗上下颤动,这样可降低物料颗粒间的摩     

装载机合理铲装法简介

<正>装载机不同的铲装方法对作业阻力和铲斗的满载程度有很大影响。工作时,应根据作业对象及其特点(物料种类、密度、粒度大小等)、料堆高度等选用不同的铲装方法。     

地下铲运机铲装阻力分析

地下铲运机在铲装物料的过程中,铲装阻力的不确定性会使铲装过程受阻,需要调整铲斗姿态等,保证铲装顺利进行。针对地下铲运机铲装物料时铲装阻力不确定的问题,应用EDEM软件模拟地下铲运机铲装物料过程,通过仿真分析得出铲装阻力的变化趋势,进而为铲装过程中铲斗姿态的控制调整提供参考。     

基于Ansys Workbench的装载机铲斗有限元分析

铲斗是装载机重要的工作部件,决定了装载机切削、铲装、运输物料的性能。文中采用AnsysWorkbench软件对某5t装载机铲斗的6种典型_T况进行有限元分析,获得铲斗的结构应力特点和变形情况,以及再要板件的最大应力及其位置,为避免铲斗结构应力集中、优化板件尺寸、强化结构关键部位等提供了有效的基础数据。     

装载机外载荷识别模型的载荷特性

轮式装载机在作业过程中工作装置所受外载荷复杂,目前研究大多基于动力学仿真和理论分析来确定外载荷,所得结果与真实情况有较大差距.以装载机铲斗为研究对象,根据力学平衡方程,推导斗尖外载荷与铲斗铰点力之间的力学关系,建立铲斗外载荷识别理论模型.基于铲斗各铰点处结构特点,设计铰点载荷采集传感器,并结合信号采集仪器,搭建基于铲斗外载荷识别理论模型的载荷测试系统.而后对工作装置进行静态加载实验,发现载荷大小的相对误差在5%以内,角度偏差在3°以内.选取大石方工况进行铲掘实验,对测得载荷进行了不同作业段下的载荷特性分析,发现铲掘段载荷的均幅值最大,均值达到了265kN;重载运输段和卸料段载荷载荷水平接近,其中重载运输段的大载荷比例和载荷频次要高于卸料段;轻载运输段载荷水平最低,其中约90%的载荷均值在50kN以下.该方法可以有效地解决装载机外载荷获取问题,所得载荷特性数据可以为装载机的结构设计和优化提供数据支撑.     

装载机轴类零件载荷测试方法与试验研究

为获得装载机传动系轴类零件铲装作业的载荷时间历程数据,以装载机传动系统载荷传递原理和传感器设计理论为基础,研究了装载机轴类零件载荷多参数同步测试方法。针对装载机传动系统载荷谱测试的重点和难点,采用动态遥测技术解决狭小空间内载荷测试问题。构建了装载机轴类零件载荷信号采集系统,该系统包括半轴、传动轴转矩和转速参数,发动机转速参数以及挡位参数的采集。选择50型装载机作为试验样机进行铲装试验,获取了样机轴类零件铲装作业的载荷时间历程数据。试验结果表明,提出的载荷测试方法准确可行,具有很好的通用性,可以用于汽车、农用机械等轴类零件的载荷数据测试。     

可控装载机构的运动学分析与仿真

针对一种新型装载机工作装置进行了运动学分析和仿真研究。根据装载机性能要求,确定可控装载机构性能要求;利用解析法建立了运动学逆解模型,并对可控装载机构进行尺度参数设计,通过对逆运动学模型进行数值求解,获得了主动杆运动规律及电传动系统驱动参数。利用ADAMS软件建立可控装载机构虚拟样机模型,在各典型作业工况下对可控装载机构进行正运动仿真,仿真结果证明,该可控装载机构在工作空间内能够顺利完成各作业动作,各构件尺度参数设计合理,铲斗倾角、卸载角等均符合装载机设计要求,为可控装载机构的进一步研究在一定程度上提供了基础。     

装载机自动铲装作业轨迹与能耗研究

针对装载机自动铲装作业能耗高、有效功低的问题展开讨论。首先,根据配合铲装法规划平行铲装轨迹,并根据油缸长度和整车位移的变化,分析装载机装物料的3个阶段;然后,得到各阶段的铲斗受力公式,以及在整个铲装过程中油缸和整车能耗的计算公式;最后,在满足满斗率的基础上,找到能耗低、有效功占比高的最优轨迹,并将其与人工控制铲装作业对比。结果表明：平行铲装深度为400 mm的轨迹为最优轨迹;与人工控制铲装作业相比,装载机按照最优轨迹铲装时,燃油能耗降低3.6%,有效功占比提高4.3%,装载机按该轨迹铲装有利于节能减排。     

基于计算力矩法的装载机工作装置轨迹控制

为了实现装载机工作装置铲掘作业时的轨迹跟踪控制,建立装载机工作装置的运动学及动力学模型,采用计算力矩法设计装载机铲掘作业的轨迹跟踪控制器,并根据装载机工作装置在作业时的受力情况加入作业阻力补偿。在Matlab/Simulink环境下建立装载机工作装置运动学、动力学模型及具有作业阻力补偿的计算力矩法控制器模型,并将在Solidworks环境中建立的ZL50装载机三维模型导入ADAMS。经ADAMS-Matlab联合仿真的结果表明,具有作业阻力补偿的计算力矩法可以实现装载机工作装置铲掘作业时所期望轨迹的高精度的跟踪控制。     

装载机工作装置载荷识别模型与载荷测取方法

为了研究装载机铲装作业时所受外载荷大小及变化特性,根据铲斗铰点力与斗尖力关系建立工作装置外载荷识别模型。以国产LW900K装载机为试验样机,提出了三向力销轴传感器法和动臂截面弯矩法两种载荷制取方法,进行典型作业姿态下的载荷验证和铁矿粉物料下的载荷测试试验。结果表明:提出的三向力销轴传感器法和动臂截面弯矩法都能够准确获取外载荷识别所需要的铰点载荷,销轴传感器法结果精度高于动臂截面弯矩法;试验样机工作装置所受大载荷出现在物料铲掘和卸载时刻,测得卸料时的惯性冲击载荷峰值约为400kN;通过雨流计数得到外载荷合力的均值服从正态分布,幅值服从三参数威布尔分布。载荷测试和分析结果能够有效解决装载机工作装置外载荷难以获取的问题,为载荷谱编制和疲劳特性分析提供依据。     

大型液压挖掘机工作装置设计方法研究

为大型正铲液压挖掘机工作装置的设计与研发,建立了工作装置多刚体运动模型、工作装置刚柔耦合动力学模型、矿石模型,分析了工作装置的运动性能、装置的动态强度、挖掘过程中铲斗所受挖掘阻力,研究了工作装置的工作范围,工作装置在工作范围内挖掘、举升、平推运动情况;模拟了斗杆挖掘工况;基于离散元技术和多体动力学技术,提出了大型液压挖掘机铲斗挖掘阻力计算方法,为挖掘机结构件强度分析和工作装置液压系统设计提供了关键的数据。研究结果表明:液压挖掘机工作装置运动和力学性能达到预定目标,挖掘阻力的计算为工作装置乃至液压系统的设计提供了理论依据。