大型矿用挖掘机的最优挖掘轨迹研究

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1、万方数据目录独创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．IIAbstract⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯IV第1章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1课题来源、选题依据和背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2国内外研究现状及发展动态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-11．2．1国外研究现状及发展动态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··11．2．2国内研究现状及发

2、展动态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··21．3课题研究的目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·41．4课题研究的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·5第2章工作机构运动学及挖掘轨迹拟合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．1工作机构运动学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一72．2挖掘过程的辨识方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯162．3挖掘轨迹拟合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯212．4小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30第3章最优挖掘轨迹的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3l3．1基于实测数据的斗内土壤体积计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3l3．2单位重量挖掘土壤能耗⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯453．3优化轨迹的判断⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯483．4优化轨迹速度分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯493．5小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50第4章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯514．1

4、结j沧⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯514．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·52致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··55一VI—万方数据东北大学硕士学位论文第1章绪论1．1课题来源、选题依据和背景本课题来源于国家863项目“75m3大型露天矿用挖掘机研制”的子课题。目前，国内外95％以上的大型露天矿山均采用半连续或间断开采工剖11。大型矿用挖掘机作为露天矿山半连续和问断开

5、采工艺的主要采装设备之一，是大型露天矿山开采成套设备中的关键设备，也是成套设备中的龙头设备【2】。大型矿用挖掘机的产品性能、可靠性和生产效率将直接影响露天矿山企业的上产规模和经济效益。大型矿用挖掘机的作业环境为露天野外，设备长期承受风吹、日晒、雨淋、雪侵、雷击、粉尘的考验。而矿产资源丰富的地区其气候条件复杂多样，集中体现为高原(海拔4000m以上)、严寒、干热、湿热、强风、沿海等特点，复杂多样的气候环境和地质条件下，最优的挖掘轨迹也会不同。挖掘机的操作者对挖掘性能的影响有着极大的影响。由于操作者会遵循着某种固定的挖掘轨迹进行挖掘，同样的外部环境，同样的

6、挖掘机，同样的料堆，不同的操作者之间的生产效率有着将近50％的变化。本课题将针对目前比较成熟的产品——55m3大型矿用挖掘机进行现场测试实验，将得到的数据进行分析，利用电机转速，力矩参数求得斗内土壤体积，进而得到优化的轨迹，为75m3大型矿用挖掘机的设计提供理论依据。1．2国内外研究现状及发展动态1．2．1国外研究现状及发展动态以前苏联为首，通过实验室研究和现场实测相结合的研究方法，提出根据挖掘理论，即保持切削后角值在8。～10。范围内的切削阻力最t]-,[31。并且提出了以推压齿轮轴心为极点的等后角对数螺旋线轨迹：P=Poe加(1．1)2005年，S

7、amuelFrimpong，YafeiHu，KwameAwuah．Offei[4]针对矿用挖掘机挖掘时物料物理性质复杂多变的特点，提出基于牛顿-欧拉法的智能挖掘调度技术，形成实时机构组件的识别、记录和信息传递功能。利用牛顿．欧拉法建立矿用挖掘机工作装置的万方数据东北大学硕士学位论文第1章绪论动力学方程，并以30m3矿用挖掘机为例研究了挖掘过程中工作装置的运动学和动力学性能。从挖掘轨迹出发，展示了动态的速度和加速度曲线，数值实例说明，关键的性能指标包括：斗杆和斗的几何和物理性质，挖掘策略和地质特性。2007年，KwameAwuah—Offei取ISamu

8、elFrimpong[5】通过对挖掘机工作装置的运动学及动力学分析，结合挖掘过程中的切削阻力和