【摘要】：液壓挖掘機作為一種廣泛應(yīng)用的建筑機械，它的工作性能、時間效率、疲勞壽命都會對整個施工進度帶來很嚴重的影響。挖掘機的工作裝置作為挖掘機完成動作的直接實施者，，它結(jié)構(gòu)的可靠性、耐久性直接關(guān)系到挖掘機的工作性能，因此對液壓挖掘機的工作裝置進行動力學分析就顯得尤為必要。另外在挖掘的過程中，人工操作挖掘機很難控制挖掘精度，而且，一些挖掘環(huán)境相當惡劣，并不適合人工作業(yè)，所以研究挖掘機按給定軌跡自動挖掘的功能就顯得十分必要，故而要對挖掘機工作裝置進行控制系統(tǒng)分析。本文主要對挖掘機工作裝置做動力學分析和相應(yīng)的控制系統(tǒng)做必要的研究。 本文首先對液壓挖掘機工作裝置采用多體動力學中的Kane-Huston方法進行了動力學建模，得到液壓挖掘機工作裝置的動力學普遍方程；采用Pro/E和ADAMS軟件完成液壓挖掘機虛擬樣機模型的建立，并添加必要的約束和外力系，模擬在真實環(huán)境下液壓挖掘機的工作狀態(tài)，用虛擬樣機技術(shù)與ADAMS動力學分析軟件對挖掘機進行了動力學仿真，得到在實際工作過程中，挖掘機動臂、斗桿和鏟斗之間的速度、加速度和各鉸銷點處力的關(guān)系，為后續(xù)挖掘機結(jié)構(gòu)的有限元分析奠定了基礎(chǔ)；并分別對動力學普遍方程與虛擬樣機模型進行了相關(guān)逆問題的求解，得到動臂、斗桿的轉(zhuǎn)角變化曲線，二者相互對比，驗證了彼此模型建立的正確性。 其次，液壓挖掘機的控制系統(tǒng)分析分別采用聯(lián)合仿真分析研究與理論仿真分析研究，聯(lián)合仿真是采用動力學仿真軟件ADAMS與控制系統(tǒng)分析軟件MATLAB/Simulink有機地連接起來，實現(xiàn)機電一體化聯(lián)合仿真，在此過程中，實現(xiàn)了二者之間的數(shù)據(jù)交換，使得在ADAMS進行動力學分析得到的數(shù)據(jù)傳到MATLAB/Simulink中，在MATLAB/Simulink里建立的PID控制系統(tǒng)對其進行控制，最終得到液壓挖掘機虛擬樣機鏟斗斗尖軌跡，并將其與理論給定軌跡，未加PID控制得到的軌跡分別比較，可知PID控制極大地加強了對挖掘機鏟斗斗尖軌跡的控制，對以后的挖掘機控制系統(tǒng)研究具有指導(dǎo)意義；理論仿真是通過計算控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，尤其是動臂、斗桿工作裝置的傳遞函數(shù)，在MATLAB/Simulink里建立PID控制系統(tǒng)框圖，進行控制仿真分析的，最終得到在添加PID控制算法下動臂、斗桿系統(tǒng)的階躍曲線與正弦信號跟隨曲線，并與未加PID控制的結(jié)果進行比較，而且對關(guān)于挖掘機工作裝置的傳遞函數(shù)計算時，考慮動力學與不考慮動力學兩種情況進行了對比研究，得出考慮工作裝置動力學對挖掘機控制系統(tǒng)的必要性。 最后進行挖掘機工裝軌跡控制系統(tǒng)實驗臺的搭建以及實驗研究，針對三種載荷情況，即空載、輕載、重載，進行了實際挖掘機電液比例閥性能實驗與PID控制實驗，檢測了動臂、斗桿電液比例閥的工作特性，明確了各電液比例閥的工作區(qū)間；同時通過“PID控制”實驗驗證了PID控制算法的實用性，實現(xiàn)了按照給定水平直線的挖掘運動，得到了最優(yōu)軌跡曲線與控制參數(shù)。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU621

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本文編號：2455703