挖掘机液压系统建模与仿真

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1、学兔兔www.xuetutu.com金属，1995(7)：25-28．2004．[3]胡家秀．机械设计基础【M】．北京：机械工业出版社，【7J李增刚．ADAMS入门详解与实例[M]．北京：国防工业出2004．版社，2008．【4】罗红萍．双腔颚式破碎机运动学特性研究IJJ．矿山机械，【8】郑建荣．ADAMS虚拟样机技术入门与提高【ME京：机2006(1)：30—31．械工业出版社，2005．f5】黎民，朗世平．颚式破碎机的机构设计[J】．矿山机械，1987(1)：32—38．通信地址：河北省邢台市中兴西大街466号河北机电职业[6]孙靖民．机械优

2、化设计【M】．北京：机械工业出版社，技术学院机械工程系(054048)(收稿日期：2010—03—10)挖掘机液压系统建模与仿真成凯’，张静，王鹏宇，戴群亮，李文新(1．吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室；2．广西柳工机械股份有限公司)摘要：以国内某公司生产的某型20t液压挖掘机为样本，阐述了挖掘机液压系统的工作原理。根据液压元件、工作装置的布置结构和实际尺寸，在AMESim软件平台上对该型挖掘机的液压系统和工作装置进行了建模，并通过对模型参数的设置，实现了机电液一体化系统运动仿真。重点就其中压力脉动与工作装置跟随效果差等问题进行了分析，提出了相

3、应的解决方案以提高控制精度。关键词：挖掘机；液压系统；AMESim；仿真分析在液压挖掘机中，发动机通过液压系统来驱动1．1挖掘机的挖掘循环工作装置，液压系统效率的高低对挖掘机的经济性制定合理的工作循环，是为了在仿真过程中使有很大影响。据统计，我国国产挖掘机正常工作时，挖掘机的动作流畅协调。挖掘机的工作模式大致可其液压系统的效率仅为40％左右，这是液压挖掘机以分为挖掘、平整和精细3种，其中以挖掘作业为效率低下的主要原因之一。因此，对液压系统进行主。典型的挖掘过程包括确定挖掘工位、挖掘、运动改进和研究，对提高液压挖掘机的效率，改善液压到卸料工位、卸料

4、、返回挖掘工位5个工序。挖掘机的工作性能具有重要的意义。本文基于挖掘循环试验中各油路先导压力的挖掘机液压系统是由多种液压元件组成的非变化，计算液压缸的外伸行程，据此设定一个挖掘线性系统，各个元件间靠压力油传递能量，依靠控过程中各工作装置的动作过程，作为仿真模型的输制信号实现压力、流量的控制。AMESim软件是基于入。图1所示为在16S的挖掘循环中各工作装置的图形化的仿真软件，带有多种工程软件包，其中液动作过程(工作的先后顺序和位移)。压仿真软件包包含了大量的常用液压元件、液压源1．2挖掘机工作装置与回转机构建模和液压管路等，控制软件包包括多种信号

5、源和运算挖掘机的工作装置由铲斗、斗杆、动臂组成，三法则，非常适合工程系统尤其是液压及其控制系统者的协调动作是由3组液压缸的伸缩联动来实现的建模仿真和动态分析。的。图2为挖掘机工作装置在工程仿真软件AMESim中的模型，各个部件的建模基于软件的平1工作装置建模面机械库(PlanarMechanical库，简称PLM库)：基金项目：国家“863”计划重点项目：混合动力系统与节能型工程机械技术的应用研究(2009AA0A．aA．03)作者简介：成凯(1962一)，男，博士生导师，研究方向：工程装备故障诊断与智能控制。一29—学兔兔www.xuetutu

6、.com越0：80：61040：2．图1挖掘循环中各工作装置动作过程铲斗液压缸⋯--⋯!E图3挖掘机回转机构的AMESim模型Bod试验结果产生重大的影响。通过计算，得到了如图4所示的挖掘负载输入曲线。×l0140T一12O1O0图2挖掘机工作装置的AMESim模型8060PLMBOD是可以连接到二维机械上构成动力系统的基本形式，而且其端口可以用作外部输入的端40口，通过PLM传感器将输入量以力的形式作用于液2O压缸。0液压挖掘机中回转机构作为液压执行系统的【】2468lUl2l4l6t／s一部分，其动力来源于主泵驱动的回转马达。回转图4一个工作

7、循环中挖掘负载输入曲线马达上的角位移传感器检测并反馈其位移，通过PID控制器进行控制，来跟踪目标运动轨迹，如图3回转装置转动惯量的计算：转动惯量与工作装所示。置各部分质量及其中心位置有关，实际上，转动惯1．3工作参数的计算量是一个变化量。本模型中，取工作装置3种不同挖掘机在作业过程中，负载主要包括挖掘负载的中心位置，根据经验公式计算，取平均值近似代和由各个工作部件自重产生的负载。自重产生的负表回转装置工作过程中的转动惯量。载可以通过在AMESim软件中给定部件的质量由2液压控制系统建模软件自行计算；而挖掘负载是在挖掘过程中产生的，由于挖掘物料的局

8、部密度、结构形状等物理参2．1泵控系统建模数在挖掘过程中的不确定性，挖掘负载是会时常发挖掘机液压控制系统分为泵控系统和阀控系生变化的，但