基于RecurDyn液压挖掘机工作装置动力学分析与仿真

以YC60-7液压挖掘机为研究对象,其反铲工作装置是一个开链的四杆机构,采用SolidWorks软件建立该挖掘机工作装置的三维实体模型,应用向量法建立挖掘机工作装置的动力学模型,并运用RecurDyn进行动力学仿真,获得挖掘机的工作包络图和相关工作参数,并对主要铰接点进行受力分析。分析结果表明:工作装置的最大挖掘高度、挖掘半径、卸载高度和厂家提供的数据误差在0.35%左右。通过仿真分析,为挖掘机工作装置的优化设计提供了依据。     

工作装置匹配特性对挖掘机挖掘性能的影响研究

为研究液压挖掘机理论挖掘力与主动液压缸充分发挥比之间的匹配特性对挖掘性能的影响规律,以主动缸充分发挥比和动臂缸闭锁限制比为一设计因素、以实际挖掘力与设计最大挖掘力之比为另一设计因素,考虑不同挖掘工况建立目标匹配函数。以某36.5 t反铲液压挖掘机为例,通过匹配工作装置铰点位置和设计因素的权重系数来建立优化匹配方案,基于图谱叠加法分析验证不同优化匹配方案对挖掘性能的影响。结果表明：减少主动缸充分发挥比和动臂缸闭锁限制比,增大实际挖掘力与设计最大挖掘力之比权重系数,使得动臂和斗杆的尺寸增加,铲斗和连杆尺寸减少,工作装置各项作业范围参数均有提高;铲斗挖掘和复合挖掘在闭锁限制比变化不大且主动缸充分发挥比有所降低时,使得二者最大挖掘力均有提高,而斗杆挖掘性能表现与之相反。     

基于极限挖掘力的液压挖掘机组合挖掘仿真研究

挖掘阻力计算的准确性是液压挖掘机仿真研究的基础,传统挖掘力模型未考虑阻力矩的存在。以某国产36.5T液压挖掘机为研究对象,通过试验测试,确定极限挖掘力所需阻力系数合理取值区间。以实测挖掘阻力和实测应力同步性为基础,选取组合挖掘轨迹上5个最大挖掘力点的对应姿态。通过仿真研究,对比极限挖掘力和传统挖掘力模型下5个挖掘姿态的应力和位移,并与实测最大应力值对比,验证了极限挖掘力模型具有更高的安全性和可靠性。     

基于ADAMS的液压挖掘机整机挖掘力仿真与实验

针对传统理论解析法计算挖掘机作业过程中整机挖掘力存在仅能得到特定姿态下离散数据点的问题,提出一种基于空间挖掘轨迹的整机挖掘力求解方法。该方法利用虚拟样机技术建立仿真模型,采用载荷谱测试的油缸位移、压力作为仿真输入条件计算整个挖掘范围内的挖掘力曲线。实验结果表明：该方法准确可靠,能够为挖掘机静、动态结构分析提供载荷数据。     

立式挤压铸造机合模机构多目标优化

通过对立式挤压铸造机合模机构的工作特性进行分析,构建了合模机构的油缸推力及油缸行程的优化数学模型。运用ADAMS软件创建双曲肘合模机构的半参数化模型,同时以油缸最大推力和油缸最大行程为目标函数,提出了4种多目标优化方案,在满足机构约束条件的情况下,对合模机构进行优化。优化后,分别将4种方案的优化结果与原方案进行对比分析。结果显示,以线性组合加权法构造的统一目标函数得到的综合优化效果最好,油缸最大推力和油缸最大行程较初始设计都得到一定程度的降低,进一步改善了合模机构的性能。     

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。     

挖掘机斗杆载荷谱测试方法及其数据处理

为编制液压挖掘机斗杆载荷谱,提出了液压挖掘机斗杆载荷谱测试方法,并对某型号液压挖掘机进行现场测试试验。采集了此机型实际作业过程中典型工况和极限工况的各油缸大小腔压力以及油缸伸缩量的时间历程曲线。以挖岩工况的试验数据为对象,利用Ncode对数据进行时域分析和频域分析,并进行去除趋势项以及滤波等预处理。对挖掘机工作装置进行了受力分析,建立力系平衡方程,利用MATLAB求出斗杆各铰点受力的时间历程。斗杆各铰点受力具有周期性,不同作业段的载荷差异较大,故以作业段为单位进行平稳性和各态历经性检验。通过对数据处理结果的对比和分析,为进行载荷谱编制以及室内模拟实验做准备。     

抢挖掘机工作装置的可视化性能分析

在推导和分析液压挖掘机工作装置运动轨迹和受力规律的基础上,开发了工作装置挖掘性能可视化软件,该软件可快速准确地描绘出工作装置挖掘范围,并且该软件绘制的挖掘力云图可直观描述挖掘机在某一区域的挖掘性能.为挖掘机工作装置的设计提供理论依据和实用手段,对于国内挖掘机生产厂家消化和吸收国外挖掘机产品的技术,提高国内挖掘机的设计水平,推动国内挖掘机行业的发展具有十分重要的意义.     

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...     

某70 t级液压挖掘机工作油缸动态性能测试分析

液压挖掘机在给定负载工作时,运用便携式压力、流量综合特性测量仪,对挖掘机的动臂油缸、斗杆油缸的进出口压力进行测试。并将测试结果导入MATLAB中,绘制压力的动态变化曲线。结合流体力学等理论知识及各油缸的压力变化曲线,分析工作油缸前后的压力损失;并根据油缸制动后至稳定的时间长短,对各油缸的工作稳定性作了一定的评估,指出所需改进及注意的问题。     

基于回声状态网络的挖掘机位置在线学习模型控制研究

挖掘机液压系统具有强烈的非线性,现有挖掘机控制普遍采用基于模型的控制方法,需要建立精确的挖掘机模型,成本过高且控制效果差。因此,提出了一种基于回声状态网络的液压挖掘机位置在线学习控制方法,建立了在线学习基本模型,该模型包含2个回声状态网络、1个学习目标的逆和1个基于学习目标逆生成的控制输入,在对其进一步优化后,提出了在线学习优化模型。以正弦信号为参考轨迹,对基础模型和优化模型进行了仿真研究,搭建了挖掘机控制试验装置,分别开展了单关节运动、多关节运动和实际挖掘运动实验,结果表明：采用在线学习控制方法后,挖掘机位置控制精度明显提高,其均方根误差降低占比超过50%,证明了所提出控制方法的性能和可行性     

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。     

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。     

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。     

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。     

挖掘机动臂定位控制特性

为适应移动机械的智能化作业和高质量作业的发展要求,提出了一种新型的挖掘机臂架位置控制策略。根据目标位置和操作速度,设计了预期的工作轨迹。利用所提出的策略,使动臂可以沿设计轨迹移动到目标位置,并保证定位精度。建立了控制策略的试验样机,并进行了相应的试验。实验结果表明:本研究工作对提高挖掘机臂架自动化作业效率和精度具有普遍意义。     

挖掘机自动挖掘轨迹规划与动态优化控制

以挖掘机为研究对象,建立挖掘机工作装置运动学和动力学数学模型,通过五次多项式插值方法将运动轨迹离散,采用MATLAB编写离散运动轨迹程序并将其计算结果与ADAMS仿真结果进行对比,最终确定动力学模型参数;其次,建立基于动力学模型的Simulink和ADAMS联合仿真模型,在动态控制中采用PD控制方法,进行轨迹规划联合仿真并试验。结果表明：基于动力学模型的运动轨迹控制方法可以有效避免始末位置和液压缸输出力变化的突变,采用动态控制中的PD控制方法,得到的收敛趋势相较于未优化的要收敛近50%;液压缸输出力变化稳定,其误差在5%附近,提升了自动挖掘运动轨迹控制精度。     

大型挖掘机回油背压系统的优化设计

针对含有博世力士乐背压阀总成的大型挖掘机液压回油背压系统,存在液压油温偏高及液压油散热器使用800～1 200 h后出现渗油的故障现象,通过在外部管路增设单向阀、节流阀等零部件,实现回油背压单向阀的控制腔内最高工作压力设定及液压油快速充放,降低单向阀开启压力超调量,避免故障现象的产生。经试验验证,该方案简单可行、成本低,已授权实用新型专利(CN216199383U),在某公司的中大型液压挖掘机上推广运用。     

An automated flank wear measurement of microdrills using machine vision

The objective of this study is to develop an automated flank wear measurement scheme using vision system for a microdrill. The images of worn-out microdrills were captured after the hole-drilling tests on a 10-layered printed circuit board (PCB). The models were evaluated and validated based on the acquired image with a computer-based acquisition system. Edge detection was employed to extract the boundary with a pair of edge points, including both raising and falling edges, to compute the height of the cutting plane. The flank wear area, average flank wear height, and maximum wear height are computed by using this approach to evaluate the tool life. Experimental results show that the proposed scheme is reliable and effective for the automated frank wear measurement of microdrill in PCB production.