本文關(guān)鍵詞：中型液壓挖掘機工作裝置液壓系統(tǒng)半實物仿真平臺設計與實現(xiàn)　出處：《福州大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： 挖掘機 液壓系統(tǒng) 數(shù)值建模 實時測試系統(tǒng) 半實物仿真

【摘要】：液壓挖掘機的工作裝置是挖掘機作業(yè)過程中的主要執(zhí)行裝置,其性能直接決定了挖掘機的工作效率。新開發(fā)的挖掘機在設計與選配液壓元件時,需要對液壓元件(尤其是多路閥主閥芯)進行反復調(diào)試和優(yōu)化,使其滿足工作裝置的性能需求。數(shù)值仿真方法是指導液壓元件結(jié)構(gòu)設計與優(yōu)化的重要手段,然而在實際工況中,對于普遍采用節(jié)流調(diào)速的中型液壓挖掘機而言,其液壓系統(tǒng)的性能受負載影響較大,僅通過數(shù)值仿真無法對真實工況下隨機變化的負載力進行準確模擬,導致對挖掘機工作裝置液壓系統(tǒng)的仿真結(jié)果與實際情況差距較大。為了彌補上述液壓系統(tǒng)數(shù)值仿真過程中存在的不足,本文將數(shù)值仿真技術(shù)與虛擬儀器測試技術(shù)相結(jié)合,設計并建立了挖掘機工作裝置液壓系統(tǒng)“半實物仿真平臺”,并對工作裝置液壓系統(tǒng)進行研究。本文的主要工作內(nèi)容及特色如下：首先,介紹了挖掘機工作裝置液壓系統(tǒng)的基本組成及其工作原理；研究了主泵的負流量控制、總功率控制與轉(zhuǎn)速感應控制的原理及特性；分析了工作裝置液壓系統(tǒng)的基本回路。其次,分析了主泵的數(shù)學模型及多路閥中主換向閥的結(jié)構(gòu),并據(jù)此分別建立了基于AMESim的主泵及主換向閥的仿真模型；重點研究了主換向閥的閥口特性,提出了一種新的非全周開口滑閥閥口等效過流面積計算方法：建立了工作裝置液壓系統(tǒng)的數(shù)值仿真模型,并根據(jù)實測數(shù)據(jù)對模型中的參數(shù)進行了準確設置。然后,研究了工作裝置油缸負載力的測試方法,并在此基礎(chǔ)上制定了基于NI CompactRIO硬件平臺的挖掘機實時測試系統(tǒng)總體方案；構(gòu)建了測試硬件系統(tǒng),并提出了一種新的采集SSI信號的方法；分模塊開發(fā)了測試軟件系統(tǒng)的FPGA程序、RT程序及上位機程序。最后,研究了測試系統(tǒng)上位機程序與數(shù)值仿真模型的數(shù)據(jù)通訊接口,并結(jié)合測試系統(tǒng)與數(shù)值仿真模型建立了挖掘機工作裝置液壓系統(tǒng)的半實物仿真平臺；對動臂、斗桿和鏟斗分別進行了單動作實時仿真,同時對仿真結(jié)果進行實驗分析。本文的主要貢獻在于將虛擬儀器測試技術(shù)與數(shù)值仿真技術(shù)相結(jié)合,設計并建立了中型液壓挖掘機工作裝置液壓系統(tǒng)的半實物仿真平臺,并利用其對挖掘機液壓系統(tǒng)進行研究,為挖掘機液壓元件與系統(tǒng)的設計、分析與研究提供了一種新的思路,具有很好的工程應用價值。
[Abstract]:The working device of hydraulic excavator is the main executing device in the working process of excavator, and its performance directly determines the working efficiency of excavator. The newly developed excavator is designed and equipped with hydraulic components. It is necessary to debug and optimize the hydraulic components (especially the main valve spool) repeatedly to meet the performance requirements of the working device. Numerical simulation method is an important means to guide the structural design and optimization of hydraulic components. However, in the actual working conditions, the performance of hydraulic system is greatly affected by the load for the medium hydraulic excavator which generally adopts throttling speed regulation. It is impossible to accurately simulate the load force of random variation under real working condition by numerical simulation only. As a result, the simulation result of hydraulic system of excavator working device is far from the actual situation, in order to make up for the deficiency in the process of numerical simulation of hydraulic system mentioned above. In this paper, the numerical simulation technology and virtual instrument testing technology are combined to design and establish the "Hardware-in-the-Loop Simulation platform" for hydraulic system of excavator working device. The main contents and characteristics of this paper are as follows: firstly, the basic composition and working principle of hydraulic system of excavator working device are introduced. The principle and characteristics of negative flow control, total power control and speed induction control of main pump are studied. The basic circuit of the hydraulic system of the working device is analyzed. Secondly, the mathematical model of the main pump and the structure of the main reversing valve in the multi-way valve are analyzed. The simulation models of the main pump and the main reversing valve based on AMESim are established respectively. The characteristics of the valve opening of the main reversing valve are studied emphatically, and a new method of calculating the equivalent overflow area of the valve opening is proposed. The numerical simulation model of the hydraulic system of the working device is established. The parameters of the model are set accurately according to the measured data. Then, the measuring method of the load force of the working device cylinder is studied. On this basis, the overall scheme of real-time testing system of excavator based on NI CompactRIO hardware platform is established. The testing hardware system is constructed, and a new method of collecting SSI signal is proposed. The FPGA program RT program and the host computer program of the test software system are developed. Finally, the data communication interface between the upper computer program and the numerical simulation model of the test system is studied. The hardware-in-the-loop simulation platform of hydraulic system of excavator working device is established by combining test system and numerical simulation model. The single action real-time simulation of arm, bucket and bucket is carried out, and the simulation results are analyzed. The main contribution of this paper is to combine virtual instrument testing technology with numerical simulation technology. The hardware-in-the-loop simulation platform of hydraulic system of working device of medium hydraulic excavator is designed and established, and the hydraulic system of excavator is studied by it, which is the design of hydraulic components and system of excavator. The analysis and research provide a new way of thinking and have good engineering application value.
【學位授予單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU621

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