液压挖掘机工装轨迹控制及仿真技术研究

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1、哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）综合课程设计II项目总结报告题目：液压挖掘机工装轨迹控制及仿真技术研究院（系）机电工程学院专业机械设计制造及其自动化学生学号班号指导教师填报日期2013年3月15日哈尔滨工业大学机电工程学院制2013年3月哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）说明一、总结报告应包括下列主要内容：1．项目背景分析；2．研究计划要点与执行情况；3．项目关键技术的解决；4．具体研究内容与技术实现；5．技术指标分析；6．存在的问题与建议。二、总结报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在院（系）保存，以备检查。指导教师评语：指导教师签字：检查日期：哈尔滨工业大学课程设计说明

2、书（论文）哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：院（系）：专业：机械设计制造及其自动化班号：任务起至日期：2013年2月25日至2013年3月15日课程设计题目：液压挖掘机工装轨迹控制及仿真技术研究已知技术参数和设计要求：1）结构参数名称长度(mm)行程(mm)转角范围(0)驱动件(mm)缸径(mm)活塞杆直径(mm)动臂2558660117双缸8045斗杆1332585117单缸9050铲斗835500170单缸80452）工作负责参数：m=500kg3）工装轨迹参数：挖掘水平直线4）控制系统要求：以51单片机为控制处理器5）角度传感器选择：电阻式位移传感器工作计划安排：周1周2周3周

3、4周5第1周系统简图运动学分析运动学分析液压系统液压系统第2周电路设计电路设计电路设计控制方法控制方法第3周MATLAB仿真分析答辩哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）同组设计者及分工：指导教师签字___________________年月日教研室主任意见：教研室主任签字___________________年月日哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）第一章挖掘机工装轨迹控制的机电液系统介绍1.1单斗液压挖掘机的机械模型简介本次课程设计的液压挖掘机是针对学校的实验室用的样机模型，其容量为0.01立方米，动臂和斗杆为四连杆机构，动臂、斗杆和铲斗均由液压缸驱动，它们之间以销轴连接。在动臂和

4、斗杆的销轴上分别安装了角度传感器，用以检测相对位角。模型不具备回转机构，无回转功能。其结构简图如图1-1所示，其参数如表1-1所示。图1-1样机结构简图表1-1样机结构参数表名称长度（mm）行程（mm）转角范围（°）驱动件缸径（mm）活塞杆直径（mm）动臂2558660117双缸8045斗杆1332585117单缸9050铲斗835500170单缸8045液压挖掘机是工程机械的重要机型，在工业及民用建筑、交通运输、水利水电、军事施工建设中发挥着非常重要的作用。液压挖掘机被应用于众多诸如平整场地、一定形状的沟、渠道挖掘等复杂作业。其工作装置运动轨迹的自动控制是研制中的一个重要课题。由于

5、挖掘机在实际工作中，挖掘阶段转台不回转，静止不动，转台回转时，工作装置不挖掘，因此，工作装置挖掘轨迹的控制，可归结为动臂、斗杆和铲斗三个杆件的平面控制问题，即对于任意给定的动臂、斗杆目标轨迹和铲斗方位角，可将其变换为工装三杆件的目标转角序列，由微机控制电液伺服驱动系统，使动臂、斗杆和铲斗跟踪各自的目标转角，从而实现轨迹控制。其机、电液一体化系统简图如图1-2所示。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）图1-2液压挖掘机机、电液一体化系统简图本次课程设计中机遇实验室的液压挖掘机装置主要设计参数如下：挖掘机工作负载参数要求：m=500kg挖掘机工作装置轨迹参数要求：挖掘水平直线挖掘机工作装

6、置轨迹控制系统设计要求：以51单片机为控制处理器角度传感器选择：电阻式角位移传感器1.2电液控制系统的组成电液控制系统是在要控制的转轴处增加了角度传感器获取转角数据，通过控制器处理并由电液转换元件驱动液压缸运动，使铲斗达到预计的轨迹。计算机控制系统由液压缸、电液比例流量阀、比例放大器、角度传感器、A/D和D/A卡等环节组成，如图1-3所示。系统可分为数字和模拟两部分，通过A/D和D/A转换器把两部分组成一个数字、模拟混合系统。数字部分采用51单片机，模拟部分包括除51单片机外的各环节。A/D控制器D/A放大器电液比例阀液压缸动臂/斗杆RY角度传感器给定值输出值图1-3系统控制框图（1

7、）角度传感器角度传感器将各臂位置角转化为电信号，供控制器处理。在研究中，我们将斗尖轨迹的控制转化为对动臂和斗杆各自的相对转角的控制。控制装置中的选择是电阻式角位移传感器，输出为模拟电压量，需要通过A/D转换环节才能供控制器处理。（2）控制器及数据采集卡哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）控制器主要完成将传感器的信号按照控制算法进行运算后输出控制量的工作。本设计采用在PC机内接入集成了A/D和D/A转换芯片的模入模出控制卡，此卡将角度传感器输出的模拟量转化为