液壓挖掘機(jī)工作裝置動力學(xué)分析與控制系統(tǒng)研究.pdf

1、液壓挖掘機(jī)作為一種廣泛應(yīng)用的建筑機(jī)械,它的工作性能、時間效率、疲勞壽命都會對整個施工進(jìn)度帶來很嚴(yán)重的影響。挖掘機(jī)的工作裝置作為挖掘機(jī)完成動作的直接實施者,它結(jié)構(gòu)的可靠性、耐久性直接關(guān)系到挖掘機(jī)的工作性能,因此對液壓挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行動力學(xué)分析就顯得尤為必要。另外在挖掘的過程中,人工操作挖掘機(jī)很難控制挖掘精度,而且,一些挖掘環(huán)境相當(dāng)惡劣,并不適合人工作業(yè),所以研究挖掘機(jī)按給定軌跡自動挖掘的功能就顯得十分必要,故而要對挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行控

2、制系統(tǒng)分析。本文主要對挖掘機(jī)工作裝置做動力學(xué)分析和相應(yīng)的控制系統(tǒng)做必要的研究。
　　本文首先對液壓挖掘機(jī)工作裝置采用多體動力學(xué)中的Kane-Huston方法進(jìn)行了動力學(xué)建模,得到液壓挖掘機(jī)工作裝置的動力學(xué)普遍方程;采用Pro/E和ADAMS軟件完成液壓挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)模型的建立,并添加必要的約束和外力系,模擬在真實環(huán)境下液壓挖掘機(jī)的工作狀態(tài),用虛擬樣機(jī)技術(shù)與ADAMS動力學(xué)分析軟件對挖掘機(jī)進(jìn)行了動力學(xué)仿真,得到在實際工作過程中,挖掘

3、機(jī)動臂、斗桿和鏟斗之間的速度、加速度和各鉸銷點處力的關(guān)系,為后續(xù)挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)的有限元分析奠定了基礎(chǔ);并分別對動力學(xué)普遍方程與虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行了相關(guān)逆問題的求解,得到動臂、斗桿的轉(zhuǎn)角變化曲線,二者相互對比,驗證了彼此模型建立的正確性。
　　其次,液壓挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)分析分別采用聯(lián)合仿真分析研究與理論仿真分析研究,聯(lián)合仿真是采用動力學(xué)仿真軟件ADAMS與控制系統(tǒng)分析軟件MATLAB/Simulink有機(jī)地連接起來,實現(xiàn)機(jī)電一體化聯(lián)合仿真

4、,在此過程中,實現(xiàn)了二者之間的數(shù)據(jù)交換,使得在ADAMS進(jìn)行動力學(xué)分析得到的數(shù)據(jù)傳到MATLAB/Simulink中,在MATLAB/Simulink里建立的PID控制系統(tǒng)對其進(jìn)行控制,最終得到液壓挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)鏟斗斗尖軌跡,并將其與理論給定軌跡,未加PID控制得到的軌跡分別比較,可知PID控制極大地加強(qiáng)了對挖掘機(jī)鏟斗斗尖軌跡的控制,對以后的挖掘機(jī)控制系統(tǒng)研究具有指導(dǎo)意義;理論仿真是通過計算控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù),尤其是動臂、斗桿工作

5、裝置的傳遞函數(shù),在MATLAB/Simulink里建立PID控制系統(tǒng)框圖,進(jìn)行控制仿真分析的,最終得到在添加PID控制算法下動臂、斗桿系統(tǒng)的階躍曲線與正弦信號跟隨曲線,并與未加PID控制的結(jié)果進(jìn)行比較,而且對關(guān)于挖掘機(jī)工作裝置的傳遞函數(shù)計算時,考慮動力學(xué)與不考慮動力學(xué)兩種情況進(jìn)行了對比研究,得出考慮工作裝置動力學(xué)對挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的必要性。
　　最后進(jìn)行挖掘機(jī)工裝軌跡控制系統(tǒng)實驗臺的搭建以及實驗研究,針對三種載荷情況,即空載、輕載、