小型挖掘機(jī)工作過程聯(lián)合仿真及能量消耗特性研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對各種工程機(jī)械的需求也越來越大，其中小型液壓挖掘機(jī)因為其獨特的優(yōu)勢，近年來更是呈現(xiàn)出一枝獨秀的發(fā)展局面。但是長期以來，小型液壓挖掘機(jī)能耗高，排放差的缺點一直得不到改善。挖掘機(jī)的工作效率如何，能量消耗具體產(chǎn)生在那些液壓元件上，工作過程中哪個階段能量消耗最大，具體操作時如何節(jié)約能量，目前還缺乏相應(yīng)的研究結(jié)論。當(dāng)然，對小型液壓挖掘機(jī)的能耗研究主要包括以下三個方面：變量泵的能耗分析，多路閥的能耗分析及工作裝置的能耗分析。

2、但是至今為止一直沒有挖掘機(jī)整體的能量消耗建模和分析，而且缺乏對挖掘機(jī)在實際工作過程中能量消耗的仿真研究和實驗驗證。通過對小型挖掘機(jī)整機(jī)能量消耗的研究，可以使工作過程中各個主要耗能部件的能量消耗變得明確，為液壓元件的節(jié)能設(shè)計和節(jié)能的操作方法及節(jié)能操作系統(tǒng)提供依據(jù)，而且可以使研究者明確如果設(shè)計節(jié)能的液壓元件或回路的話可以提高多少效率。
　　 現(xiàn)在小型挖掘機(jī)所采用的液壓系統(tǒng)主要是負(fù)載敏感系統(tǒng)，文中的研究對象是一種應(yīng)用比較廣泛的負(fù)載敏感

3、系統(tǒng)——與負(fù)載壓力無關(guān)的流量分配系統(tǒng)，簡稱LUDV 系統(tǒng)。傳統(tǒng)研究挖掘機(jī)能量消耗的方法主要是對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的某一部件進(jìn)行研究，缺乏具體整機(jī)各個部件在具體工作過程中的能量消耗參數(shù)。近年來對挖掘機(jī)工作裝置的仿真研究一般是單獨的用ADAMS 建立虛擬樣機(jī)，或使用液壓仿真軟件單獨對液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真。單獨采用AMEsim等液壓仿真軟件進(jìn)行仿真，無法比較準(zhǔn)確地模擬挖掘機(jī)在實際工作狀況下的負(fù)載變化情況，并且也無法得到挖掘機(jī)在運動過程中各個部件的轉(zhuǎn)動

4、慣量，質(zhì)心位置等參數(shù)。而單獨采用ADAMS 軟件仿真，主要是通過對挖掘機(jī)的部件做運動學(xué)和動力學(xué)分析，對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，因挖掘機(jī)的主要能耗實際來自液壓系統(tǒng)，這種仿真方法不能夠?qū)ν诰驒C(jī)的能耗特性進(jìn)行有效的分析。以上幾種方法都有一定的片面性，一是至今為止的研究僅限于挖掘機(jī)的某個工作部件，二是缺乏實驗的驗證。所以仿真結(jié)果往往與實際情況有很大出入，無法應(yīng)用于實踐。
　　 為了能夠準(zhǔn)確模擬挖掘機(jī)的實際工作情況，以玉柴工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的

5、YC-60型小型液壓挖掘機(jī)為研究對象，通過實際測繪挖掘機(jī)的各個工作部件得到了各個部件的實際參數(shù)并用于建模，首先在Pro/E中建立了挖掘機(jī)各個部件的三維模型利用Pro/E 與ADAMS 接口軟件MECH/Pro 將三維模型導(dǎo)入到ADAMS中，建立挖掘機(jī)的虛擬樣機(jī)。然后在AMEsim 下建立液壓系統(tǒng)各個元件的能量損耗模型，以AMEsim 為主控軟件與ADAMS 進(jìn)行聯(lián)合仿真，利用ADAMS的子模塊——ADAMS-model 建立ADAMS

6、于AMEsim的軟件接口，在ADAMS中對挖掘機(jī)進(jìn)行動力學(xué)和運動學(xué)仿真，并把所得到的速度數(shù)據(jù)實時地傳遞給AMEsim，同時利用AMEsim的工具插件——import ADAMS mode 加載接口模塊ADAMS mode，將液壓系統(tǒng)所產(chǎn)生的力和轉(zhuǎn)矩實時地輸出到ADAMS中。仿真結(jié)束后利用能量損耗公式對挖掘機(jī)在工作過程中各個部件的具體能量消耗進(jìn)行了計算，與此同時利用MTS位移傳感器和ATOS 壓力傳感器及杭州億恒數(shù)據(jù)信號采集儀對挖掘機(jī)在實

7、際工作過程中的能耗分析進(jìn)行了實驗并得到了相關(guān)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果進(jìn)行比較。最后提出了一種比較可靠的仿真模型，并計算出其在工作過程中的能量損耗，與仿真結(jié)果進(jìn)行了比較和分析，使工作過程中各個主要耗能部件的能量消耗變得明確，為液壓元件的節(jié)能設(shè)計和節(jié)能的操作方法及節(jié)能操作系統(tǒng)提供了依據(jù)，而且可以使研究者明確如果設(shè)計節(jié)能的液壓元件或回路的話可以提高多少效率。并對挖掘機(jī)在工作過程中主要工作裝置的能量回收潛力進(jìn)行了預(yù)測和分析。
　　 以下為各章的大

8、體內(nèi)容：
　　 第一章介紹了國內(nèi)外對液壓挖掘機(jī)能耗分析的研究和進(jìn)展，介紹了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷程及當(dāng)代在小型液壓挖掘機(jī)中使用最廣泛的LUDV 系統(tǒng)的工作原理，對各種仿真研究方法的特點和不足進(jìn)行了介紹。提出了一種新的能量損失研究方法，對本課題的研究工作進(jìn)行了概述。
　　 第二章對YC-60 挖掘機(jī)的主要工作元件進(jìn)行了測繪，利用ProE 軟件對挖掘機(jī)整機(jī)建立了準(zhǔn)確的三維模型。并將其導(dǎo)入ADAMS中建立了挖掘機(jī)工作的虛擬樣機(jī)

9、。利用虛擬樣機(jī)模擬了一個比較典型的工作過程。
　　 第三章利用AMEsim 軟件對挖掘機(jī)的變量泵進(jìn)行測量并建立了仿真模型，并對變量泵在各個運行狀態(tài)下的運行狀態(tài)進(jìn)行了仿真。對其在各個工作狀態(tài)下的能量消耗情況進(jìn)行了研究。
　　 第四章在AMEsim 下建立挖掘機(jī)整機(jī)工作系統(tǒng)的仿真模型并以AMEsim 為主控軟件與ADAMS 進(jìn)行聯(lián)合仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。
　　 第五章利用實驗儀器對YC-60 挖掘機(jī)的實際工作