抗流量饱和系统液压挖掘机工作特性分析研究

摘要

随着国家大力开展基础建设活动，国家产业对道路建设及房地产开发建设的基础机械设备需求量增大。据2013年4月份的数据显示，小型液压挖掘机作为重要的土方挖掘设备，工程机械行业29家主要挖掘机制造商4月共销售挖掘机16257台，同比增长5.77％。小型液压挖掘机应用广泛，但其工作环境多变、负载情况不可预测，本文经实验和仿真数据分析，研究得到液压挖掘机液压系统的工作性能和能耗分布。因此本文着手建立精确的液压挖掘机的虚拟样机模型，为液压挖掘机工作特性分析、能耗分析及能量分配优化提供参考。
　　液压元件厂商根据元件特性及原有液压系统的优缺点定制了较多种类的液压系统，如常规节流控制系统、负载敏感控制系统（简称LS控制系统）、抗流量饱和流量分配液压系统（简称LUDV系统）以及双阀芯控制系统（简称Ultronics系统）等。本文主要研究抗饱和流量分配液压系统，在该系统中，关键元器件为负载敏感变量泵、负载补偿多路阀、控制手柄及附件等。本文使用核心分析方法及模块化建模方法，抓住关键部件对其进行精密建模进而完成整机的虚拟样机模型，对建立的虚拟样机模型进行分析研究。
　　为了建立完整的虚拟样机模型，本文将液压挖掘机分为机械结构及液压系统两个大模块并进行分别建模，然后将两个模块联合分析。本文选用多体动力学仿真软件SimulationX进行虚拟样机模型的建立。SimulationX软件从2006年进入中国，该软件支持多体动力学模型的建立，使用同一款软件建立的模型可以有效的避免因通信时间带来的不同步问题，并且SimulationX软件的液压系统和多体动力学的耦合也经过了多方的验证，其结果具有较强的可信性。
　　针对液压挖掘机的机械结构部件，使用仪器对其关键结构进行精密测量并在三维建模软件Pro/E中建立整机的机械结构模型和运动学模型，然后将模型转换为SimulationX支持的文件格式，建立挖掘机机械结构的SimulationX模型，并对其进行静力学分析，验证机械模型的正确性。
　　以液压系统中的负载补偿多路阀的建模为例，介绍了其基本结构与工作原理。针对多路阀主阀芯结构复杂、节流槽形状各异的特点，使用精密仪器对多路阀阀体及阀芯进行精密测绘，并结合前人经验以推导阀芯各种型式节流槽的通流面积。在SimulationX软件中根据液压元件的建模原理搭建元件模型。
　　本文以SimulationX、Pro/E仿真软件为工具，通过数学推导建立起关键元件的模型，进而搭建起整机的多体动力学模型，模型可以分析整机各种复杂工况下的动态特性、功率消耗以及各元件功率消耗的百分比。该模型对LUDV系统进行了深入的阐释及精确的分析，模型可以为整机的液压系统的设计、能量分析及可回收功率提供依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 液压挖掘机基本组成及工作方式

1．1．1 液压挖掘机基本组成

1．1．2 液压挖掘机工作型式及流程

1．2 国内外液压挖掘机研究现状

1．2．1 国外液压挖掘机研究现状

1．2．2 国内液压挖掘机研究现状

1．3 计算机仿真技术在工程机械上应用

1．4 本课题主要研究内容及意义

1．4．1 本课题研究的主要内容

1．4．2 本课题研究的意义

第二章 液压挖掘机LUDV系统简介及分析方法

2．1 液压挖掘机系统简介

2．2 LUDV系统速度控制原理

2．2．1 单用户动作速度控制原理

2．2．2 多用户流量分配特性

2．2．3 LUDV系统多用户联合动作时存在的问题

2．3 液压挖掘机分析过程中应用的方法及应分析的项目

2．3．1 液压挖掘机分析应用的方法

2．3．2 液压挖掘机应分析的项目

2．4 本章小结

第三章 液压挖掘机机械结构建模与模型验证

3．1 小型液压挖掘机基本结构及参数

3．2 小型液压挖掘机机械结构建模与分析

3．3 小型液压挖掘机机械模型导入与验证分析

3．3．1 挖掘机机械模型导入SimulationX

3．3．2 机械结构质量惯性验证分析

3．4 本章小结

第四章 液压挖掘机液压系统模型

4．1 小型液压挖掘机负载敏感变量泵建模与分析

4．1．1 LUDV系统使用的负载敏感变量泵参数

4．1．2 负载敏感变量泵机械结构建模

4．1．3 负载敏感变量泵SimulationX模型

4．2 LUDV系统使用的负载补偿多路阀

4．2．2 负载补偿多路阀机械结构建模

4．2．3 负载补偿多路阀SimulationX模型

4．3 本章小结

第五章 小型液压挖掘机联合仿真及验证

5．1 液压挖掘机单执行机构动作

5．1．1 动臂单联动作特性分析

5．1．2 斗杆单联动作特性分析

5．2 多用户复合动作

5．2．1 动臂回转复合

5．2．2 斗杆铲斗复合

5．3 小型液压挖掘机液压系统影响动态特性的参数

5．3．1 负载补偿阀特性对液压系统动态特性的影响

5．3．2 LUDV系统对突变负载的适应性

5．4 挖掘机工作特性实验及联合仿真模型验证

5．4．1 挖掘机实验设定及采用采集设备

5．4．2 实验与联合仿真对比

5．5 本章小结

第六章 液压挖掘机能耗分析及能量回收研究

6．1 小型液压挖掘机能耗分析

6．1．1 动臂单联动作时能量损耗

6．1．2 斗杆单联动作时能量损耗

6．1．3 斗杆铲斗复合动作

6．2 液压挖掘机能量回收分析

6．1．1 能量回收方法简介

6．2．2 动臂回落能量损耗及可回收分析

6．3 本章小结

第七章 工作展望及总结

7．1 论文总结

7．1．1 课题研究总结

7．1．2 论文的创新点

7．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文