挖掘机负流量控制液压系统建模仿真及能耗分析研究

摘要

液压挖掘机的节能研究是一项非常迫切、具有发展前景的课题。采用仿真方法,在虚拟环境进行挖掘机的研究分析,是近年来兴起的一项新技术,在此背景下,本文以中型负流量控制型液压挖掘机为研究对象,建立其机械一液压系统联合仿真模型,在此基础上研究系统能耗,探讨节能优化方案,论文的主要工作如下:
　　 综述了液压挖掘机节能研究的意义,概述了挖掘机液压系统与液压系统仿真技术的发展现状以及国内外挖掘机液压系统能耗分析研究现状。分析了挖掘机负流量控制液压系统基本原理与特性,讨论了液压系统能量损失途径。
　　 在进行了挖掘机整机动力学理论研究的基础上,运用仿真分析平台ADAMS建立了挖掘机整机动力学模型;在进行了液压系统控制理论与液压元件原理特性研究的基础上,在AMESim平台中建立了该型液压挖掘机负流量控制液压系统模型;在介绍了AMEsim和ADAMS联合仿真方法和原理的基础上,通过联合仿真模块连接挖掘机动力学模型和液压系统模型,形成了整机的联合仿真分析模型。
　　 运用联合仿真,求解各种操作下液压系统及整机机构的动态响应特性,并与实验测试数据相比较,验证了仿真模型的正确性。在此基础上,对液压挖掘机的空载作业循环进行了仿真研究,得到了其动态响应及系统能耗,通过对各部分能量损失的研究,得到系统的能耗分布图,结果表明,节流损失是液压系统能量损失的主要方式。论文进行了简单节流控制液压系统与负流量控制液压系统在装车工况的功率消耗对比,量化了负流量控制系统的节能效果,最后,采用仿真与实验结合的方法,进行了挖掘机节能优化设计的一种实例应用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题提出的背景及意义

1.2 挖掘机液压系统发展概况

1.3 液压系统仿真技术发展概况

1.4 挖掘机节能研究概况

1.5 挖掘机能耗分析研究概况

1.6 论文研究的主要内容

第二章 挖掘机负流量控制液压系统及能量损失分析

2.1 负流量控制液压系统分析

2.1.1 挖掘机负流量控制液压系统基本原理

2.1.2 液压泵原理及特性分析

2.1.3 负流量控制泵—六通多路阀系统控制模型

2.2 液压系统能量损失分析

2.2.1 节流损失

2.2.2 溢流损失

2.2.3 沿程功率损失

2.4.4 摩擦功率损失

2.4.5 功率匹配不合理引起的损失

2.4.6 负流量控制系统节能性分析

2.4.7 负流量控制系统功率损失分析

2.3 本章小结

第三章 负流量控制型液压挖掘机联合仿真模型的建立

3.1 液压挖掘机整机动力学理论基础

3.1.1 多刚体系统的自由度

3.1.2 等效原则

3.1.3 ADAMS多刚体系统动力学模型

3.1.4 多刚体系统的建模与求解流程

3.2 基于ADAMS平台的挖掘机整机动力学模型的建立

3.2.1 ADAMS软件简介

3.2.2 ADAMS动力学仿真模型的建立

3.2.3 动力学仿真分析相关参数确定

3.3 基于AMEsim平台的液压系统模型建立

3.3.1 液压泵模型的建立

3.3.2 多路阀原理及其模型的建立

3.3.3 回转马达及液压油缸模型的建立

3.4 挖掘机机械-液压系统联合仿真模型建立

3.5 本章小结

第四章 系统仿真研究及能耗分析研究

4.1 单动作仿真分析

4.1.1 动臂单动作仿真分析

4.1.2 斗杆单动作仿真分析

4.1.3 铲斗单动作仿真分析

4.1.4 回转单动作仿真分析

4.2 典型工况作业循环仿真分析

4.3 能耗分析

4.3.1 液压泵消耗的总功率

4.3.2 工作装置能量消耗分析

4.3.3 节流损失分析

4.3.4 溢流损失分析

4.3.5 单向阀开启损失

4.3.6 管路损失与阀内通流损失分析

4.3.7 能耗分布图

4.3.8 功率利用率

4.3.9 负流量控制节能性分析

4.4 节能优化设计应用实例研究

4.4.1 斗杆外摆节能优化研究

4.5 本章小结

第五章 实验研究

5.1 用于仿真分析的实验

5.1.1 实验目的与内容

5.1.2 实验设备

5.1.2 实验方案

5.1.3 实验结果及分析

5.2 斗杆外摆节能优化设计应用实例实验研究

5.2.1 实验目的与内容

5.2.2 实验方案

5.2.3 实验结果及分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

附录1 SWE230LC液压挖掘机ADAMS模型主要仿真参数列表

附录2 SWE230LC液压挖掘机AMEsim模型仿真参数列表

致谢

攻读学位期间主要的研究成果