反鏟液壓挖掘機挖掘性能實驗及理論研究.pdf

1、作為典型的機電液一體化產(chǎn)品,挖掘性能是挖掘機的核心性能指標,對挖掘性能的研究是實現(xiàn)機械、液壓和控制系統(tǒng)性能匹配的前提,更是實現(xiàn)液壓挖掘機節(jié)能、高效和智能化的基礎。國內(nèi)外眾多學者針對挖掘性能的研究取得了很多成果,也存在一些不足。這些不足主要體現(xiàn)在以下方面：現(xiàn)有方法并不能解決實際挖掘過程中挖掘阻力的準確求解問題；強度分析結(jié)果與實際失效形式不符,缺乏對工作裝置動靜態(tài)強度分析的有效方法；現(xiàn)有理論挖掘力模型無法得到挖掘機在極限挖掘工況下所能發(fā)揮的

2、最大挖掘力,也不能針對復合挖掘工況的挖掘能力進行有效評估；現(xiàn)有圖譜分析法不能對挖掘性能作出準確的評價。為解決這些問題,本文主要針對實際挖掘過程中挖掘阻力模型、應力和挖掘阻力測試平臺、動靜強度分析和驗證方法、理論挖掘力建模和挖掘性能分析方法等方面進行了理論與實驗研究。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、呕谄矫媪ο翟?提出一種將挖掘阻力系向切削刃合成為切向阻力、法向阻力和阻力矩的方法,使挖掘阻力的準確求解成為可能。建立液壓挖掘機運動學和動

3、力學模型,結(jié)合挖掘阻力系合成結(jié)果,提出實際作業(yè)過程中挖掘阻力準確求解的測試計算方法,突破了利用經(jīng)驗公式和模擬方法預測挖掘阻力大小的現(xiàn)狀,使斗形裝置實際作業(yè)中挖掘阻力特性分析成為可能,為挖掘性能相關研究奠定理論基礎。
　　⑵建立液壓挖掘機工作裝置姿態(tài)、應變和油壓的同步采集測試平臺,并完成多次挖掘過程中多種數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換和擬合。利用測試數(shù)據(jù)和挖掘阻力模型,計算各種挖掘工況對應的挖掘阻力,根據(jù)應力應變關系計算所有測點在挖掘過程中的當量

4、應力,為挖掘阻力特性研究和應力結(jié)果對比提供實驗依據(jù)。
　　⑶對比實際挖掘過程的動應力峰值與相同挖掘姿態(tài)下的靜應力仿真值,分析靜強度計算結(jié)果與真實動應力之間的關系,研究液壓挖掘機工作裝置廣義動載系數(shù)的范圍,提供一種利用靜強度分析手段解決動載荷問題的方法。
　　⑷利用實驗測試數(shù)據(jù),基于達朗貝爾形式的挖掘阻力模型,計算出動臂和斗桿各個鉸點在實際挖掘過程中的載荷譜。將其作為外載,利用瞬態(tài)分析方法仿真動臂和斗桿整體動應力分布規(guī)律。對比

5、動應力的測試與仿真結(jié)果,不但驗證了瞬態(tài)分析過程的正確性,找到一種動強度分析的可行方法,也驗證了挖掘阻力模型的正確性。
　?、衫脤嶋H挖掘過程中挖掘阻力的測試計算結(jié)果,從總體特性、力值大小和方向特性3個方面分析挖掘阻力各個部分的變化規(guī)律,基于統(tǒng)計學原理研究阻力系數(shù)、阻力矩系數(shù)、阻力角、差值角的主值區(qū)間和概率密度。研究斗形裝置在真實作業(yè)過程中的挖掘特性和挖掘阻力變化規(guī)律,為工作裝置的設計、優(yōu)化和理論挖掘力模型的建立提供實驗依據(jù)。

6、>　?、驶谕诰蜃枇Φ目傮w特性和力值大小特性提出極限挖掘力的概念和計算模型,解決了現(xiàn)有理論挖掘力模型無法計算出挖掘機本身在單獨挖掘工況下所能發(fā)揮的極限挖掘力問題;基于復合挖掘過程中挖掘阻力的方向特性,提出并建立了復合挖掘力的概念和模型,為復合挖掘過程挖掘能力的評價提供一種方法,突破現(xiàn)有理論,奠定了液壓挖掘機挖掘性能準確評價的理論基礎。
　?、送黄埔酝诰蜃藨B(tài)為研究對象的傳統(tǒng)方法限制,提出基于工作域的圖譜分析法。該方法從根本上避免了因

7、一個挖掘點對應多種挖掘姿態(tài)而帶來的問題。以挖掘阻力的測試計算結(jié)果為基準,對比基于工作域的圖譜分析法與傳統(tǒng)方法,結(jié)果表明:基于工作域的圖譜分析法能夠更為準確的反映所在挖掘點的挖掘能力,基于此得到的挖掘力圖和挖掘限制圖揭示了挖掘力及其限制因素的區(qū)域性分布規(guī)律,能夠準確展現(xiàn)液壓挖掘機的挖掘性能。利用基于工作域的圖譜分析法研究了4種噸位相近的中型反鏟液壓挖掘機的挖掘性能,分析過程顯示該方法不僅可以提供較為直觀的理論挖掘力及其限制因素分布圖,還可