分析挖掘机平地轨迹仿真及平地过程液压系统流量分配研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com液压-液力HydrostaticsandHydrodynamics挖掘机平地轨迹仿真及平地过程液压系统流量分配研究*侯超’，李莺莺’，杨清淞’，刘志东’，王强’，王建任’，杨红，胡艳如’1．天津工程机械研究院；2．天津西门子电气传动有限公司摘要l以23t液压挖掘机为研究对象，分析挖掘机平整作业工况的特点，从理论上推导其工作装置运动的模型，根据挖掘机模型在平整作业过程中的铲斗齿尖运动规律，得到各驱动液压缸的行程匹配关系。通过改变动臂液压缸和斗杆液压缸的流量分配比例关系

2、，对平整作业过程中挖掘机的平整精细性和平整效率进行对比试验和分析，为后续挖掘机设计过程中的流量分配提供参考依据。关键词：挖掘机；平整作业；Pr0／E仿真；流量分配平整作业是挖掘机的重要作业工况之一，主要通过大。因此平整作业工况中，挖掘机斗杆与动臂的动作匹配铲斗的直线运动获得平整的作业面，多见于施工场地整尤为关键。修、沟渠底面刮平及大坝坡面修整等施工场合。目前中型本文以不考虑铲斗运动为基础，研究挖掘机平整作挖掘机在进行平整作业时，普遍存在平整作业效率低，平业时液压系统流量的分配特性，并根据日本建设机械化

3、整效果不理想的问题。协会标准选定20t液压挖掘机为研究对象，平整作业距挖掘机进行平整作业时，为操纵方便，操作手通常仅离为4．5m。操纵斗杆内收再配以动臂动作，铲斗一般不动作；当然也基于挖掘机平整作业系统的特性，应用Matlab软件可以操作斗杆、动臂及铲斗三者复合动作，使铲斗斗齿保建立挖掘机工作装置的运动方程，根据铲斗齿尖的运动持适当的切削角，以达到平整作业要求，但操纵难度较规律，得到动臂液压缸与斗杆液压缸行程的匹配关系，进·基金项目：国家科技支撑计划课题资助(2015BAF07B01)作者简介：侯超(

4、1987一)，男，工程师，研究方向：7-程机械产品设计及工程机械系统测试。旺I2D15学兔兔www.xuetutu.com杠拭第46卷I第12期总第506期而得到相应的流量分配关系。f根据施工经验，平整作业高度一般以停机面平整作业居多，因此本文对挖掘机在停机面高度进行平整作业时动臂液压缸与斗杆液压缸的流量匹配关系进行计算。1挖掘机工作装置的运动方程}一挖掘机的工作装置为平面机构，由基本的动臂液压缸摇杆机构、斗杆液压缸摇杆机构和铲斗液压摇杆+四连杆机构构成。在液压缸活塞杆往复运动的驱动下，工作装图2斗杆

5、液压缸摇杆机构置不同的部件做转动或平动。本文首先通过坐标变换的1．2铲斗液压缸摇杆机构+四连杆机构方法计算出挖掘机铲斗斗齿尖在整体工作装置坐标系下铲斗液压缸摇杆通过四连杆机构与铲斗铰接，如图3的运动情况。所示，其中四连杆机构形式如图4所示。1．1斗杆液压缸摇杆机构和动臂液压缸摇杆机构分析动臂液压缸摇杆机构和斗杆液压缸摇杆机构分别如图1和图2所示，设两摇杆机构中，液压缸摆角为，摇杆摆角为。，则其计算公式分别为：(1)动臂液压缸摇杆机构：咖。=一arcc。s2些1(1)LL(．arccos)J图3铲斗液压

6、缸摇杆+四连杆机构(2)斗杆液压缸摇杆机构：一cos()㈦⋯s()㈩式(1)～式(4)中：为液压缸长度；为液压缸固定点到X摇杆固定点的长度；k为摇杆的长度。图4四连杆机构简图在图4所示的四连杆机构简图中，a为主动杆；6为X连杆；c为从动杆；d为连架杆。由四连杆的主动转角咖可计算从动转角，有：：2眦tanf卫±卫：：=1(5)＼g—r／图1动臂液压缸摇杆机构式中：p：一sin咖；g：一d—c。s；，：一一dc。s咖。2口佰‘12l工霏缸械『43学兔兔www.xuetutu.com液压-液力Hydrost

7、aticsandHydrodynamics根据式(5)，将从动角的计算过程编制成Matlab计通过以上计算得到的咖、小小，加以工作算程序，其计算流程如图5所示。装置的固定角度可以计算出铲斗坐标系与斗杆坐标系的相对转角，，斗杆坐标系与动臂坐标系的相对转角y2，动臂坐标系与工作装置整体坐标系的相对转角，如图6ISixLink$l所示。l／输儿。，工，，=9．60／‘2铲斗齿尖点的坐标转换=SixLink~b，L，LR，)为了获得铲斗齿尖点在工作装置整体坐标系下的坐I标值，需要对铲斗齿尖点的坐标进行3次坐标

8、系转换，即O=FourLink(a，6，西)l将斗齿齿尖点坐标由铲斗坐标系向斗杆坐标系转换，然后再向动臂坐标系转换，最后再向工作装置整体坐标系转换。图5从动角的计算流程设铲斗齿尖P点在原坐标系X0Y中的坐标为(x／，)，在转换后的新坐标系XOY中的坐标为()，规定轴为起始边，轴为终止边，转角以逆时针旋转为正，反之为负。则坐标()与(，)的转换关系式为：+c0s7i—sin7(6)yf；：y口+ysin7yCOS7i式中：，为铲斗齿尖在原坐标系X0Y中的坐