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。     

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。     

地下铲运机铲装轨迹数学建模与仿真

以KCY-2地下铲运机为研究对象,基于多刚体系统运动学方法,建立动臂油缸行程、转斗油缸行程和铲斗位置关系的数学模型,解算出动臂油缸与转斗油缸的驱动方程.另一方面,对地下铲运机铲装轨迹进行仿真,分析目标铲装轨迹曲线与仿真铲装轨迹曲线的误差,验证目标铲装轨迹曲线的准确性.所做数学建模与仿真为后续设计地下铲运机自主铲装控制器...     

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。     

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。     

装载机铲斗作业过程仿真分析

装载机铲斗的铲装作业阻力是确定装载机性能和总体参数的基础数据,对铲装作业阻力的研究也一直是装载机研究领域的重点,本文提出了一种装载机铲装作业阻力获取的新方法。先用UG建立某型装载机工作装置的仿真模型,借助ADAMS分析装载机作业阻力及工作油缸受力,以输出铲斗在工作过程中的速度、加速度—时间曲线作为离散元分析的基础数据;同时,采用试验的方法测定装载机典型作业对象(碎石)的特性参数,基于上述研究基础数据,采用离散元分析软件EDEM完成了装载机铲斗作业过程的仿真分析。对所获取的作业阻力进行分析研究得出,所提方法可为装载机铲装作业分析提供一种新的计算方法,同时该研究也可为确定提升装载机性能提供基础数据。     

论装载机工作装置的合理设计

装载机的铲掘和装卸物料是通过工作装置的运动而得以实现的，工作装置直接影响装载机的性能参数和作业效率，所以，合理地设计工作装置的结构是非常重要的，本文着重从以下几个方面详细论述了工作装置的结构设计：，确定动臂长度，形状及车架的铰接位置，２；确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程；３．连杆机构的设计。     

一种五自由度机械手直线轨迹规划方法研究

针对一种有特定作业要求的五自由度机械手进行了轨迹规划研究。在运动学模型和工作空间的基础上,根据机械手末端的直线运动需求,不失一般性,设定所研究机械手的末端直线轨迹,分析了相应的轨迹规划的约束条件并建立约束方程。得到了在轨迹生成过程中各关节角和末端执行器作业中心的对应关系。详细分析了2种轨迹规划的算法,即多项式线性插值法和有界偏差关节路径法(BDJP)。并用这2种方法对机械手末端作业所需要的直线轨迹进行了仿真,给出仿真结果。     

液压驱动型水下掘进机器人臂架运动控制研究

为提高水下掘进机器人臂架作业运行轨迹的稳定性和准确性,从轨迹规划和轨迹跟踪方面入手,对其运动控制进行研究。首先,基于D-H法和几何法依次求解臂架位姿空间到关节空间、关节空间到驱动空间的运动学方程,结合臂架作业特点采用五次多项式算法对其关节运动进行轨迹规划;其次,搭建臂架电液比例控制系统数学模型,为提高系统的响应速度和跟随精度,引入模糊PID控制器对系统进行校正,经仿真验证了该控制算法的有效性;最后,通过试验对臂架的实际作业效果进行验证。试验结果表明：臂架能够按照预定轨迹实现较好的轨迹跟踪效果,满足工程要求。     

柔顺并联机器人动力学及轨迹跟踪

以含有开槽型柔顺关节的并联机器人为研究对象,对其动力学及轨迹跟踪问题进行研究。根据柔顺关节特性,建立系统分析模型,应用拉格朗日方法建立系统动力学方程。为补偿系统具有的不确定性,分别设计趋近律上界滑模控制策略和径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络趋近律滑模控制策略,基于Lyapunov理论证明了系统的全局稳定性。应用S型速度规划曲线,分别给出直线轨迹和圆轨迹的运动规划算法。仿真结果表明,系统模型及控制策略能够有效实现柔顺关节并联机器人的轨迹跟踪。     

八连杆轮式装载机动臂的结构分析与设计改进

对八连杆装载机动臂的结构特点与承载特点进行了全面分析,总结出装载机八连杆动臂在作业过程中遇到的铲入正载、铲入偏载、掘起正载、掘起偏载四种工况及各工况下承受的载荷特点。然后利用先进的CAE分析软件ANSYS软件,建立了动臂的有限元计算模型,并计算出各工况下动臂的应力分布云图。经过对动臂四种工况的有限元分析结果研究,分析出了导致动臂变形反馈的根本原因,并就此提出了动臂结构的改进方案。校核改进后动臂的强度,比改进前提高了27%,从而改善了动臂性能,同时此种思路也为以后的设计提供了参考。     

轮式装载机电力驱动系统的性能分析

在依据轮式装载机的动力性能参数对电力驱动系统进行合理的匹配计算的基础上,结合空载、重载、转向、制动、牵引等工况的实验,对电力驱动系统的加速性能、差速性能、牵引性能以及效率进行分析,进一步验证了将轮式装载机的液力机械传动系统改造为轮边独立驱动的电力驱动系统的可行性.     

A comprehensive genetic algorithm for design optimization of Z-bar loader working mechanism

The operation mechanism is generally considered as a key component of a wheel loader. Its working performance has great influence on the service life, stability, efficiency and economy of the loader. This paper establishes a mathematical model of Z-bar loader mechanism in polar coordinate with four-bar linkage and six-bar Watt linkage synthesis, investigates the working performance, such as mechanism transmission ratio, carry stability, parallelism, dumping in any position, bucket flat setting, maximum dig depth, extreme transmission angle and so on. Then we explore new design methods of joint-position of Z-bar loader linkage between tilt cylinder and loader frame to perfect some of the performance. A new method, comprehensive genetic algorithm, is presented to optimize non-linear equation with multi-constraints, and the results improve the multidisciplinary performance. Furthermore, a virtual prototype of the working mechanism is modeled to simulate and verify the optimization results.     

多刚体系统运动学分析的自然坐标法及在悬架运动学分析中的应用

本文介绍了一种适用于计算机分析的多刚体系统运动学分析的自然坐标法。利用自然坐标描述多刚体系统时,只需要一些点和一些单位向量,刚体的约束方程和运动副的约束方程组成了多刚体系统的运动学约束方程。约束方程均为线性或二次方程,因此求解方便。文中利用该方法分析了Maepherson悬架的轮胎横向滑移量、主倾内倾角等与车轮上、下跳动距离的关系。     

某轮轨天线座滚轮组的设计及测量

文中针对某高精度相控阵雷达天线座采用的锥面滚轮结构,研究了滚轮和轨道对应的空间关系,总结出了计算公式,并在此基础上确定了天线座方位承载滚轮及轨道设计方案.在安装调整过程中,根据激光跟踪仪极坐标原理进行了点位坐标测量,用靶镜直接测量平面来确定滚轮内平面的法线方向、靶镜配合工装测滚轮锥面来确定圆心的方法确定了滚轮的轴线和位置,有效指导了滚轮的安装调整,满足了其向心度和位置度设计要求.     

基于EDEM的井下挖掘装载一体机主车体设计研究

设计一种轮履结合的可变履带式井下挖掘装载一体机,既发挥了轮式一体机转弯灵活,转弯半径小和履带式一体机越野机动性强,运行稳定的优势,又克服了轮式一体机越障、爬坡能力弱和履带式一体机转弯差的缺陷。该文利用EDEM软件对动态散状煤物料进行量化分析,得到了装载过程中,煤物料与井下挖掘装载一体机主车体碰撞的接触应力集中部位,接触速度矢量变化方向和煤物料运动趋势,最大接触法向力与切向力出现的时间与数值,进而对主车体结构改进方向和有限元静态分析主车体刚度起到了一定的指导和借鉴作用,为今后井下挖掘装载一体机其他部件的优化设计及动态参数的获得提供参考。     

Modeling,validation and energy flow analysis of a wheel loader

This paper presents a wheel loader simulation model, validation results and energy flow analysis. The developed simulation model will facilitate the performance evaluation and optimization process in the development stage of a prototype wheel loader. The wheel loader simulation model consists of mechanical and hydraulic powertrain model, multi-body dynamic model and working part dynamic model. The multi-body dynamic model is simplified since the effect of pitch and roll motion of the wheel loader on the energy flow of the powertrain and hydraulic actuator systems is insignificant, a simplified planar model for the dynamic vehicle is good enough for the objective of this study. Every component is modeled and integrated in a simulation package developed using Matlab/Simulink. The simulation model has been validated using experiment data and the validation results show that it effectively represents the actual dynamic characteristic of the target wheel loader. The verified simulation model will be used as a virtual platform to evaluate the performance of alternative powertrain models such as a dual-clutch transmission and hydrostatic transmission. An advanced control system can also be implemented and evaluated using the virtual platform.     

机械式挖掘机挖掘轨迹的确定

挖掘轨迹是机械式挖掘机挖掘理论研究中的重要内容,铲斗只有沿着合理的挖掘轨迹运动,才可以实现高效和低耗作业.分析了等切削角对数螺旋线轨迹模型的不足,并在此基础上以工作机构的运动关系为出发点,利用机构运动学理论及坐标变换理论,分别以2种途径推导了挖掘轨迹方程.利用MATLAB软件模拟了机械式挖掘机的挖掘轨迹,并用ADAMS软件进行了虚拟样机运动学仿真和验证.仿真结果与轨迹方程的模拟结果一致,验证了轨迹方程的正确性.     

An investigation of energy efficiency of a wheel loader with automated manual transmission

This paper describes an investigation of energy efficiency by applying an advanced powertrain system in a conventional wheel loader. A conventional powertrain of a wheel loader consists of an engine, torque converter and transmission. A torque converter in a conventional system generally causes a significant amount of energy loss, as determined by analyzing energy flow based on V-pattern working. To prevent energy loss in a torque converter, Automated manual transmission (AMT) was proposed and modeled in this paper as an advanced powertrain. A wheel loader based on AMT does not need to use a torque converter since the single clutch system is used between the engine and transmission with subsystems of engine controller, clutch actuator and controller. A simplified single clutch system and controller were constructed for V-pattern working of a wheel loader. Additionally, a PI-controller was used as a control algorithm for engine speed control to prevent energy loss while the clutch is not engaged. All simulation models have been constructed in the Matlab/ Simulink environment, and simulation studies were conducted by using a simulation model of a wheel loader with a driver model based on V-pattern working. Simulation results of the AMT-based wheel loader were analyzed by comparison with the results of the torque converter-based wheel loader, and the results show that the AMT-based wheel loader is more energy efficient than the conventional wheel loader.     

装载机工作装置机-液耦合仿真分析

针对装载机工作装置仿真研究存在的不足，在ADAMS中建立了刚柔耦合模型和液压系统模型。对一个典型作业过程进行了仿真，分析了油缸的作用力、油腔压力在工作过程中随时间的变化规律等，并应用ADAMS／Durability模块进行了动态的有限元分析。仿真结果与实际工作情况基本一致，建模及分析方法对于其他类似机-液耦合机构的仿真研究有参考意义。