机械设计制造及其自动化综合课程设计（ⅱ）

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1、绦合襦程筱针(II)液理挖掘机工裝轨迹狡制及仿宴技术设计说明书姓名班级专业机械设计制造及其自动化所在学院—机电工程学院指导教师工程机械自动化技术课程设计任务书姓名：院（系）：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班号：班任务起止口期：课程设计题目：液庄挖掘机亍装轨迹控制及仿真技术一、设计的目的和意义1.1设计的目的1）培养和检验综合运用所学知识解决工程实际问题的能力；2）培养和检验设计复杂机、电、液系统的能力；3）培养和检验专业素质和创新能力。1.2设计的意义1）液压挖掘机是一个完整的机电液一体化系统，保

2、证了设计内容的完整性；2）液压挖掘机工装轨迹控制涉及到了机、电、液内容，涉及知识面广，可达到综合训练的目的；3）设计类型全面，主要包括：机构的运动分析、液压系统的数学建模、控制方法的选择、电路的设计、计算机仿真分析。二、设计的技术要求2.1挖掘机结构参数要求表1样机结构参数表名称长度(mm)行程(mm)转角范围（0）驱动件（mm）径m)缸(m活塞杆直径（mm）动臂2558660117双缸8045斗杆1332585117单缸9050铲斗835500170单缸80452.2挖掘机工作负载参数要求负载为m=500

3、kg2.3挖掘机工作装置轨迹参数要求挖掘竖直直线2.4挖掘机工作装置轨迹控制系统设计要求以PC系列微机为控制处理器三、设计主要内容及步骤1、挖掘机工装轨迹控制的机、电、液一体化系统简图;2、液压挖掘机工装轨的运动学分析；3、液压挖掘机液压系统的建模分析；4、控制系统的电路设计；5、控制方法的选择及分析；6、系统的整体及MATLAB仿真分析。四、进度安排周1周2周3周4周5第］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仿真分析答辩教学主任：（

4、签字）年月日目录第1章挖掘机工装轨迹控制的机电液系统简图11.1单斗液压挖掘机的机械模型简介1第2章液压挖掘机工装轨迹的运动学分析42.1运动学正问题42.2运动学逆问题6第3章液压挖掘机液压系统的建模分析63.1斗杆液压缸的传递函数63.2动臂液压缸的传递函数83.3电液比例流量及比例放大器的传递函数93.4动臂和斗杆的传递函数103.5斗杆系统的整体建模与仿真113.6动臂系统的整体建模与仿真14第4章控制系统的电路设计184.1角度传感器的选择194.2A/D转换器及其接口电路194.3D/A转换器及

5、其接口电路234.4A/DQ/A联合试验244.5控制系统的电路原理图设计25第5章控制方法的选择及MATIAB仿真分析275.1计算机实现PID控制275.2斗杆系统PID控制仿真285.3动臂系统PID控制仿真31参考文献36第1章挖掘机工装轨迹控制的机电液系统简图1.1单斗液压挖掘机的机械模型简介课题设计的液压挖掘机是针对学校的实验室用的样机模型。其斗容量为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。在动臂和斗杆的销轴上分别安装了角度传感器，用以检测相对

6、位角。模型不具备回转机构，无回转功能。表1样机结构参数表名称长度(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8045实验装置的挖掘轨迹是以停机画面为基准的。机构运动副之间的间隙及液压马达工作时间的内部泄露，都会对位置精度产生影响.但是由于工程机械的实际作业要求，这些误差都在允许范圉之内，不会影响整个工作装置的稳定性，故在系统设计中未另加消除间隙的机构。液压挖掘机是一-种应用十分

7、广泛的工程机械。英工作装置运动轨迹的自动控制是研制中的一个重耍问题，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、斗杆和铲斗三个杆件的平面控制问题，即对任意给定的动臂斗杆冃标轨迹和铲斗方位角，对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，使动臂斗杆和俨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・1所示.反铲单斗液压挖掘机的液压控制系统是一

8、种典型的位置控制系统。整个系统可分为动秤、斗杆和铲斗三个控制回路，三个回路具有相似的结构形式。因为在实际工作中铲斗被锁死，故只对动臂和斗杆进行分析。斗杆液压缸铲斗液压缸动臂液压缸斗杆角位移传感器!动臂角•位移传感器乡肓!伺服/

9、L控制器■电液控制器--液压泵安全阀图1・1机电液一体化系统简图第2章液压挖掘机工装轨迹的运动学分析2.1运动学正问题运动学正问题是指对给定的液压挖掘机，己知杆件几何参数和关节变量，求铲斗