3毕业设计外文资料翻译

毕业设计外文资料翻译 题 目 挖掘机工作装置液压系统建模与参数估计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0806班 学 生 贺斌 学 号 20080403076 指导老师 李雄伟 二〇一二 年 四 月 九 日 J．Cent．South Univ．Techn01．20081 5382386 DOI10．1007/sl771008--0072-1 挖掘机工作装置液压系统建模与参数估计 何清华，郝鹏，张大庆 湖南山河智能机械股份有限公司,长沙 410100; 2中南高校机电工程学院,长沙 410083 摘 要 首先介绍了试验挖掘机机器人改造后的电液比例系统。而后结合所采纳的LUDV 系统 load independent flow distribution system的特点,以动臂装置液压系统为例,从电液比例阀的动态特性,液压系统的流量方程、连续性方程及力平衡方程入手,给出了电液比例系统的数学模型;在此基础上,依据试验结果对电液比例模型进一步进行简化,并利用相关的试验对模型进行了验证。通过对挖掘机动臂装置的结构和受力分析,导出了模型中液压缸等效质量M 、液压缸负载力 Fl 等参数的估算方法和公式;通过试验辨识的方法确定阀的流量增益系数 Kq 取值范围。 关 键 词 挖掘机;电液比例系统; LUDV系统;建模;参数估计 液压挖掘机由于具有经济性及适应多种用途的优点,被广泛的应用于包括农业、建筑、及军事等领域,并起到举足轻重的作用,己成为工程机械的主流产品。机电一体化、自动化目前已成为工程机械的发展方向,因此液压挖掘机的自动化也渐渐成为各国的探讨重点 ;其中工作装置的自动限制又成为国内外探讨的热点课题。对挖掘机工作装置的轨迹跟踪限制,不同的探讨者可能实行不同的限制策略. 但无论采纳何种限制策略,都要求首先驾驭挖掘机工作装置的结构及其液压驱动系统的动、静态特性等先验学问,其限制品质主要取决于专家对挖掘机工作装置及其液压系统各特性中先验学问所驾驭的程度。若能获得系统精确的数学模型,则有助于限制系统设计。然而,在建模过程中发觉该系统特别困难,它具有非线性和快时变的特点,即使采纳系统辨识的方法,也不能获得收敛的模型参数。国外有许多学者采纳了非线性方法建模,虽有不错的效果,但其限制器设计普遍比较困难,距离工程实际有肯定的距离。本文从工程实际的角度对模型进行简化,得到的限制模型易于限制,限制器的实现相对简洁,降低限制成本。为此,作者从电液比例阀的动态特性、系统的流量方程、连续性方程和力平衡方程入手,对挖掘机工作装置液压系统的简化模型、模型参数的估算方法和估算公式进行探讨。 1 试验挖掘机简介 本文所探讨对象为反铲液压挖掘机见图1 。在进行轨迹限制时,把图1所示的工作装置作为三 自由度的机械手来处理动臂、斗杆及铲斗3 个自由度,并在其上分别装有倾角传感器 ,限制工作装置的末端即铲斗尖以跟踪规划好的期望轨迹,期望轨迹就被称为铲斗轨迹限制中的目标值。在实际限制过程中,通过计算机编程限制动臂、斗杆及铲斗液压缸的动作,使3个液压缸协调动作,最终实现工作装置跟踪目标轨迹。为了进行计算机限制,必需对所运用的挖掘机平台进行电液改造。 图1 挖掘机工作装置示意图 本文利用湖南山河智能机械股份有限公司生产的SWE85液压挖掘机为平台进行机器人技术改造。在原系统的基础上,通过加装电比例减压阀,实现电液先导回路取代原来的液压先导回路,并与原机器上的SX214 型多路阀一起构成先导式电液比例阀改造后的电液比例系统如图2所示。由于篇幅限制,本文的分析以动臂装置液压系统为例加以说明,斗杆和铲斗的液压系统与之类似,特此说明 ;用电手柄取代原有机器的液压先导手柄,而且手柄上装有人工限制和自动限制的切换按钮。改造后的挖掘机的液压系统不变,试验平台采纳力士乐公司的负载独立安排系统,该系统的可控性和节能性都特别精彩。 2 电液比例系统模型 2.1 电液比例阀动态特性 由于系统的电液比例系统由比例减压阀与多路阀组成,因此将电液比例阀阀芯的位移与输入电流之间的传递函数简化为1阶环节。 1 式中 K为比例阀的电流增益; b为惯性环节的时间,常数; Iv I t - I , I t 为比例阀的限制电流, I为消退搭接量而加入的初始工作电流。 2.2 电液比例阀的流量方程 本试验平台SWE85挖掘机液压系统部分采纳 的是力士乐公司的LUDV系统,由LUDV系统工作 原理可得阀的流量方程,即 式中 Pr 为回油压力;ΔP为负载敏感阀的弹簧设定压力; Cd 为流量系数;W 为阀的开口梯度; Xv 为芯位移;ρ为油液密度; Q1 与Q2 和P1 与P2 分别为液压缸无杆腔、有杆腔流量和压力;ΔP1 与ΔP2 分别为阀口两端的压差, 挖掘机在正常工作中系统不饱和时 ,ΔP的设定值为一常数,一般为210MPa。从图4所示的压力测试曲线可以看出, 挖掘机在工作过程中, 不管负载如何改变,ΔP 基本保持在210 MPa。从而可见流经阀的流量与换向阀的开口面积成正比,而与负载的大小无关。因此式2可以简化为 Q1 KqXv t I t ≥ 0 Kq C 4 式中 Kq 为阀的流量增益系数, 本文中ΔP 210MPa。 2.3 液压缸的连续性方程 通常工程机械不允许存在外漏油现象,近年来 由于密封技术的发展,已经基本杜绝了外泄现象;实 际上作者通过多次试验,发觉试验机内泄的确很小。 因而可以忽视内外泄的影响。当无杆腔进油,有杆 腔回油时,得到液压缸的连续性方程为[ 5 ] 5 式中 A1 与A2 为液压缸无杆腔、有杆腔活塞有效面积; V1 与V2 分别为液压缸进出油腔的体积包括管道和接头的体积 ; y为活塞的位移;βe 为有效体积弹性模量。 2.4 液压缸的力平衡方程 忽视液压缸内的油液质量,并设动臂液压缸承受刚性负载,可有 F p - p2A2 M Bc F6 式中 F为液压驱动力; Bc 为活塞和负载的粘性阻尼系数; Fl 为全部反向负载力, 其方向与活塞杆的运动方向相反;M 为活塞杆的等效质量。 2.5电液比例系统简化模型 对式4 ～式6进行拉氏变换,可以推导出电液比例系统的简化模型[ 5, 6 ]为 （7） 式中 3 参数估计 从上面的建模