基于Hammerstein模型的液压挖掘机非线性预测控制模型

液压挖掘机系统模型结构复杂,计算繁琐且分析耗时,无法满足高效操作的需求。对此,针对挖掘机模型跟踪性能较差的问题,采用Hammerstein模型,实现液压挖掘机的预测控制。通过液压挖掘机系统结构的理论推导,对复杂的液压挖掘机模型进行简化,建立具有Hammerstein结构的液压挖掘机非线性模型。结合序列二次规划算法对该非线性模型进行求解,实现对液压挖掘机非线性模型的预测控制。在MATLAB/Simulink环境下对回转装置、动臂、斗杆和铲斗的控制进行仿真和分析。结果表明：回转装置、动臂、斗杆和铲斗实际位置与预期位置存在较小偏差,且先导压力没有出现过于频繁的冲击,气缸压力波动幅度较小。该液压挖掘机非线性预测控制模型有良好的跟踪性能和较高的控制稳定性。     

一台液压挖掘机的改造

一台液压挖掘机的改造北京液压件厂（北京密云：１０１５００）张治宇某工地一台液压挖掘机,使用多年,动作失灵。经我们现场察看,这是一台１８ｍ３进口液压挖掘机,包括柴油机驱动的两台高压大排量液压泵和一台小型控制泵,以及液压控制部分和动臂缸、斗杆缸、铲斗缸...     

液压挖掘机能量回收系统的仿真分析

普通液压挖掘机在典型工况下,动臂、斗杆和铲斗下降存在着巨大的势能浪费,并且由此而引起液压元件发热、失效等问题.针对这些情况,设计一种由换向阀、液压马达、发电机和蓄电池组成的能量回收系统.采用AMESim建立了挖掘机工作装置和液压系统的仿真模型.仿真结果表明:在一个工作周期中,动臂可回收能量最高,且其对应回收系统中蓄电池的荷电状态值(SOC)增加最多.所以在进行混合动力挖掘机设计时,优先对动臂的能量进行回收,可以在控制装机成本的情况下,最大程度地实现节能.     

极限挖掘载荷下挖掘机铲斗轻量化设计

为研究如何在满足强度要求的前提下降低铲斗的质量,提出一种基于连续挖掘轨迹和极限挖掘力的铲斗轻量化设计方法。基于连续轨迹理论选定当挖掘机器人动臂处于主挖区内,由铲斗、斗杆液压缸交替挖掘的4段轨迹作为研究前提,计算并分析了连续轨迹上极限挖掘力的数值变化规律;使用APDL语言建立铲斗参数化模型,以极限挖掘力为外载荷研究铲斗结构强度的变化规律;以铲斗质量和应力为优化目标建立铲斗结构优化模型,使用遗传算法对铲斗进行优化。结果表明：铲斗液压缸挖掘时铲斗的应力、变形明显大于斗杆挖掘;优化后铲斗的质量减少了5.27%、最大应力减少了6.23%,验证了优化方法的可行性。     

基于旋量理论Kane方程的挖掘机工作装置动力学分析

旋量是机器人研究中的重要工具,且其计算优势明显,建模过程几何意义突出。将挖掘机视作4自由度单开链机构,根据旋量理论建立了挖掘机动力学模型,旋量将挖掘机末端铲斗轨迹的位置与姿态变量分离,为提高控制精度奠定基础,且其计算简洁,利于实现挖掘机轨迹实时控制。文中根据旋量理论求取了挖掘机上部转台、动臂、斗杆与铲斗的物体雅可比矩阵,分别表示作用于挖掘机上部转台、动臂、斗杆与铲斗的主动力旋量与惯性力旋量,通过旋量形式Kane方程,建立了置于刚性水平土壤基上的挖掘机工作装置动力学模型。最后由相关挖掘机参数进行仿真,结果验证了所建模型的正确性。     

挖掘机工作装置运动学建模与仿真

以液压挖掘机的工作装置为目标,分析运动学三种状态空间变量间的关系,在MATLAB/Simulink仿真环境下对系统进行运动学建模与仿真.通过给定铲斗末端轨迹,求解分析同转马达、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的位移变化关系以及给定执行器位移变化图求解末端轨迹,验证了运动学模型的正确性.基于正运动学分析和装置工作原理,实现了...     

挖掘机工作装置复合动作性能提升分析与试验

为提高挖掘机工作装置复合动作协调性,在相应位置布局传感器,对3台大型液压挖掘机工作装置复合动作进行性能对标试验。根据设计的试验方式和分析方法,以先导压力开始上升时间为起始点,对工作装置运动时间和时间差进行统计;综合复合动作中液压系统的实时采集数据和MATLAB软件处理结果,分析各挖掘机液压系统的设计细节对工作装置复合动作协调性的影响。在某挖掘机液压系统中增加流量再分配功能,对比改进前后的复合运动效率和协调性。结果表明:在动臂大腔和斗杆大腔液压系统间加入斗杆调速阀并在铲斗大腔液压管路中增加限流阀,可明显提高工作装置复合运动的效率和协调性。     

基于PRO/E的挖掘机液压轴的受力分析与仿真

针对液压挖掘机在进行挖掘作业时各杆件的运动情况，以PRO／E的CAM和CAE功能为基础．利用Mechanism和Mechanica两个模块，进行动态仿真，对其动力臂液压轴、斗杆液压轴、和铲斗液压轴进行应力分析，用图表表示仿真结果。     

混合动力挖掘机动臂势能回收系统研究

针对目前普通挖掘机上存在的动臂、斗杆和铲斗下降后,因势能无法回收而造成的能量损失以及由此而引起的液压元器件发热、失效、加速磨损等问题,在设计混合动力挖掘机时,提出了一种由液压缸、节流阀、变量马达和发电机组成的挖掘机势能回收系统,并将回收的能量纳入整机能量分配管理系统中.该回收系统回收效率较高,可控性好,能有效延长元器件寿命,并在一定程度上降低发动机装机容量,达到了节能的目的.     

WK-10B型挖掘机工作装置受力分析

本文运用了传统的、常规的计算方法，对WK-10B型矿用机械正铲式挖掘机工作装置的受力状况进行了较详细的分析和研究。对该机工作装置的几何尺寸，尤其是起重臂和推压机构的相对位置尺寸以及斗杆的长度尺寸变化对大型矿用挖掘机挖掘力的影响进行了计算对比，得出了比较可靠的结论。     

基于ADAMS的液压挖掘机建模与仿真分析

以某型挖掘机为研究对象,利用Solidworks建立三维模型并完成装配,导入ADAMS中,通过添加约束条件建立虚拟样机系统。基于ADAMS进行仿真分析,获得主要铰接点处的受力曲线、加速度曲线及挖掘范围,提出将加速度曲线与对应点受力曲线进行对照,探讨两者的相关性,分析加速度的变化对挖掘机铰链处受力曲线的影响,为挖掘机铲斗、动臂、斗杆的强度校核提供数据支持,有利于进一步对挖掘机进行优化和设计。     

基于DEM-MBD耦合的液压挖掘机动力学仿真分析

在实际工况下,液压挖掘机工作装置受到的载荷较大且具有强时变性,因此工作装置各组成杆件及液压缸较易出现各种形式的失效。针对以上问题,选取某型号液压挖掘机作为研究对象,根据液压挖掘机工作装置实际挖掘物料工况,利用多体动力学软件ADAMS建立液压挖掘机虚拟样机模型并利用离散元软件EDEM建立物料模型。通过DEM-MBD耦合仿真分析方法,对液压挖掘机工作装置进行动力学仿真分析,主要获取挖掘物料过程中铲斗受力变化曲线、不同时刻铲斗受力云图,通过对其分析,能够获取铲斗在挖掘作业过程中受力变化情况,为铲斗的有限元分析、优化设计提供理论依据。     

基于常态挖掘轨迹的铲斗疲劳寿命研究

针对实际挖掘过程中液压挖掘机铲斗铰点载荷谱难以获取、导致铲斗疲劳寿命难以分析的问题,提出基于常态挖掘轨迹的铲斗疲劳寿命分析方法。首先根据实际挖掘过程选取常态挖掘轨迹,对常态挖掘轨迹中各分段轨迹的液压缸理论挖掘力进行计算,得到挖掘阻力载荷谱;然后基于挖掘轨迹对工作装置挖掘过程进行仿真,获得铲斗铰点载荷谱;最后建立铲斗有限元模型,结合挖掘阻力和铰点载荷谱对铲斗静力学和疲劳寿命进行协同分析。以21T挖掘机铲斗为例,采用上述方法对其进行疲劳寿命分析,计算得到了J3J4轨迹中铲斗的最低疲劳寿命为3.293 6×107次。铲斗疲劳寿命分析结果验证了该方法的可行性,为挖掘机工作装置的疲劳分析提供了参考。     

液压挖掘机可回收潜能研究

为最大限度地挖掘液压挖掘机的可回收潜能,以某公司8 t级液压挖掘机为研究对象,开展了液压挖掘机各执行机构可回收能量大小研究。基于液压挖掘机各执行机构工作原理,建立了挖掘机机械结构及可回收能量液压系统模型。以液压挖掘机国际通用标准工作循环,仿真分析了挖掘机各执行机构可回收能量大小,并通过试验验证了数学模型及仿真结果的正确性。研究结果表明:标准工作循环,液压挖掘机动臂、斗杆及回转机构可回收能量分别为33.21、11.76和18.74 k J,为液压挖掘机能量回收系统的开发提供了理论基础。     

一种新型正铲液压挖掘机的运动学分析

基于平面12杆3自由度运动链图拓扑图库,提出一种复杂多环耦合新型正铲液压挖掘机构。基于运动链环路理论和模块化图形组态,对机构进行运动学建模。考虑到铲斗的水平推铲作业能力是正铲液压挖掘机的一个重要性能指标,基于MATLAB平台,对机构运动学进行仿真分析。仿真结果表明,该新型机构具有良好的水平推铲能力。通过给出5组不同的液压缸尺寸数据,利用运动学位置正解与反解相互验证,证明了运动学位置分析的准确性。基于运动学正解分析新型正铲液压挖掘机铲斗的理论可达工作空间,得出该挖掘机构的铲斗姿态角保持在100°~120°时水平挖掘的工作空间最大,满足正铲挖掘机水平挖掘作业的要求。研究结果为该新型正铲液压挖掘机构的设计和使用提供参考。     

基于AMESim的液压挖掘机运动仿真及控制参数优化

运用法国AMESim软件平台对液压挖掘机的工作装置进行了建模,通过设置主要参数,实现了该机电液一体化系统的动态仿真,并运用Design Exploration优化工具箱对PID控制器参数进行了自动优化.结果表明,经过优化的PID控制器使动臂液压缸跟踪误差降低57.4%,斗杆液压缸跟踪误差降低26.7%,铲斗液压缸跟踪误差降低4.3%,与原始方案相比均有较大的改善,因此能够实现较精确的运动轨迹,并且此法减少了传统确定PID控制参数的反复调整试凑的时间,从而提高了设计的效率.     

基于Matlab和AMESim的M8阀组的建模与仿真

以力士乐的M8阀为研究对象,对其进行测量,获得相关几何参数。推导了M8阀的半圆形、U形节流槽的最小过流面积,并利用Matlab对其相应函数表达式进行了编程。将M8阀P-A口的节流槽几何参数代入Matlab编辑的函数表达式得到了半圆形、U形节流槽的过流面积与阀芯位移的特性曲线。分析了M8阀的工作原理并根据其原理建立AMESim HCD模型,以三联M8阀分别控制挖掘机的动臂、斗杆及铲斗油缸建立挖掘机工作装置的AMESim HCD仿真模型,以某企业大型挖掘机的相关参数对仿真模型进行参数设置。通过仿真得到模型工作装置中相关液压元件的压力、流量相关参数,给出了动臂联的压力、流量等相关参数曲线。最后用实测数据和仿真结果进行了对比,结果证明该方法是可行的。     

挖掘机动臂势能回收系统蓄能器压力设计及试验

为降低液压挖掘机整机能耗,提出一种以蓄能器为储能装置的液压挖掘机动臂闭式回路势能回收系统。以80k N级液压挖掘机为研究对象,基于系统工作原理,建立了能量回收系统电动机-泵/马达轴系力矩平衡模型,分析了蓄能器平均工作压力与负载压力的关系。结果表明:电动机-泵/马达轴系在电动机无功率输出工况力矩平衡时,液压蓄能器工作压力平均值约为动臂负载压力的2倍。并结合半载工况挖掘机动臂下降试验,确定8吨级液压挖掘机蓄能器最小和最大工作压力分别为16.04 MPa和19.56 MPa。     

钻挖一体式挖掘机流量再生与能量回收节能研究

采用一机多能型挖掘机进行复杂的管路施工,给管道工程带来了极大的便利。在挖掘和钻孔作业时,动臂下降的重力势能会转化为液压能并在溢流阀处流回油箱形成溢流损失。在动臂的液压油路中设置流量再生回路,提高动作速率。利用阀控系统回收动臂下降的重力液压势能,将回收在蓄能器中的液压能驱动定量马达带动发电机发电,将电能储存在蓄电池中,为挖掘机上其他用电器提供电能。利用AMESim软件进行液压仿真,与现有的挖掘机相比,回收动臂下降液压能极大地提高了系统能量利用率,流量再生提高了挖掘机运动速率。研究结果表明：动臂下降能量回收效率为40%左右。     

基于液压摆缸的反铲挖掘机的设计与运动学分析

以提高反铲挖掘机的最大挖掘高度为优化目标,提出以叶片式液压摆动油缸取代斗杆直线油缸驱动挖掘机的新方案。首先参考某种挖掘机的相关参数,采用SolidWorks建立了传统挖掘机和新型挖掘机的三维模型,通过ADAMS进行运动学仿真,获得挖掘机运动轨迹包络图、铲斗斗齿位移曲线,确定了最大挖掘高度、最大挖掘半径。通过对比,表明了新方案可极大提高最大挖掘高度,验证了这种方案的可行性,为相关研究者提供一种新思路。