综合课程设计ii-液压挖掘机工装轨迹控制及仿真技术研究项目立项报告

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1、综合课程设计II项目立项报告题目：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哈尔滨工业大学机电工程学院制2011年5月说明一、立项报告应包括下列主要内容：1．研究的目的和意义；2．国内外研究现状并附主要参考文献；3．主要研究内容4．拟解决的关键问题与特色；5．拟采取的研究方案及可行性分析；6．进度安排及预期成果。二、立项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：液压挖

2、掘机工装轨迹控制及仿真技术研究1．研究的目的和意义液压挖掘机是一种应用十分广泛的工程机械，由于液压挖掘机具有多品种，多功能，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐。在矿业、建筑业等领域占有着重要的地位。特别在基础设施建设中所起到的作用越来越明显。液压挖掘机是一种多功能机械，被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。液压挖掘机的生产制造业也日益蓬勃发展，在一些对人的身心

3、健康产生影响的场合，如高劳动强度、高噪音、高温、低温、粉尘污染、剧烈振动，人们也越来越迫切要求能以自动化的机器取代人的位置，所以对液压挖掘机进行轨迹的控制研究是有着很大意义的。2．国内外研究现状工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗容量3.5-40m³单斗液压挖掘机的主要生产国，从20世纪80年代开始生产特大型挖掘机。例如，美国马利昂公司生产的斗容量50-150m³剥离用挖掘机，容量132m³的步行拉铲挖掘机；B-E（布比赛路斯-伊利）公司生产的斗容量168.2m³的步

4、行式拉铲挖掘机，斗容量107m³的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。从20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。早在1954年我国就已开始生产机械式挖掘机,当时的抚顺重型机器厂(抚顺挖掘机厂前身)引进前苏联的机械式挖掘机W10012和W5012等国际20世纪30－40年代的产品。由于国家H经济H建设的需要,后又H发展H10余家厂生产,到1966年12年全国共生产了机械式挖掘机3000余台,后又延续生产到八十年代初。在80年代初引进德国系列液

5、压挖掘机制造技术（例如有德国Liebherr公司、Demag公司和O&P公司），浙江大学的冯培恩教授开始率先着手研究挖掘机机电一体化技术，首先实现挖掘机器人作业过程的分级规划和局部自主控制。但是他们在任务规划层面上只停留在仿真阶段，还没有提出显著的实现方案。20世纪90年代初国内几家新进入挖掘机待业的企业以“技贸结合，合作生产”的方式联合引进日本小松制作所的PC系列挖掘机制造技术，由于中国建设事业的发展，市场的扩大，随后不久在挖掘机生产领域出现了一个外资企业进入中国的浪潮。综合国内外现状，国内的

6、液压挖掘机上没有自动控制机构，多数处在实验阶段；在国外，虽能实现操纵简便、作业质量高的效果，但其结构复杂，造价较高。3．主要研究内容自动化挖掘技术可分为挖掘机的简单自动化、半自动化挖掘和全自动化挖掘3种形式。但是都需要对挖掘机铲斗的轨迹进行控制。4．拟解决的关键问题与特色但在实际中我们需要解决一些问题，比如：如何进行运动分析，如何进行数学建模及轨迹点的选取应采用何种原则，挖掘机工作负载参数要求，挖掘机工作装置轨迹参数要求，挖掘机工作装置轨迹控制系统设计要求以及在建模与仿真中遇到的诸多问题。可以利

7、用MATLAB进行仿真分析。建立了挖掘机的动臂和斗杆系统的数学模型，分析系统的时域和频域特性，观察在未加任何控制器时的开、闭环系统稳定性；利用PID控制器进行设计，通过计算机的数字仿真的效果来观察在加入PID控制后，时域和频域特性的变化。4．拟采取的研究方案及可行性分析其工作装置运动轨迹的自动控制是研制中的一个重要问题，在现有控制装置主要是连杆机构，通常只能保证简单的挖掘轨迹，如水平挖掘轨迹。对于任意给定的挖掘轨迹，要由计算机控制系统实现挖掘。因此工作装置挖掘轨迹的控制，可归结为对动臂、斗杆和铲

8、斗三个杆件的平面控制问题，即对任意给定的动臂斗杆目标轨迹和铲斗方位角。将其变换为工装三杆件的目标转角序列，由微机控制电液私服阀驱动系统，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。可以将将铲斗以30°与斗杆先锁死，将他们看作一个杆件，将原三个杆件的复合运动简化为两个杆件的复合运动。所以对系统的研究转化为对动臂和铲斗的研究。6．进度安排及预期成果进度安排是期望在第一周完成运动简图，运动学分析，液压系统的计算等，第二周完成电路设计与控制方法，第三周完成MATLAB仿真分析。预期成果是完成以