液压挖掘机工作装置的仿真和优化
摘要
挖掘机工作装置性能的优劣是评价一台挖掘机性能好坏的重要指标之一。而挖掘性能图是评价挖掘机工作装置设计合理性的重要手段。但挖掘性能图的绘制相当麻烦,而且用起来并不方便。另外,现在的计算机技术日新月异,CAD技术早已深入渗透到制造业的核心。CAD/CAE/CAM的整合将是大势所趋,这些软件的整合,可以大大提高数据的重用性,减少重复劳动。本文旨在利用当今的主流软件工具,探索直观的、易于理解的、可视化的评价挖掘机工作装置的性能的方法,并将其用于对挖掘性能的优化。
为了达到这个目标,主要进行了如下工作:(1)首先介绍了挖掘机的工作原理,然后从挖掘机的挖掘工况谈起,论述了工作装置设计应该遵循的原则,从而得出油缸的搭配,主要考虑缸径,而油缸的行程,主要考虑整机的布置的结论。(2)提出以指定范围的挖掘力和挖掘效率为工作装置优化的目标,以缸径为优化变量的优化方案。并推导出可以应用于ADAMS的挖掘力计算公式,从而把通常用于动力学仿真的软件,也可以应用于静力平衡。并可以更加精确地模拟实际挖掘力。(3)建立ADAMS和Matlab联合仿真优化的模型。利用ADAMS长于多体动力学计算、而Matlab长于计算控制的特点,通过接口把两者有机结合起来,把复杂的挖掘力计算用方便直观的方式来实现,使得任意点的整机挖掘力可以以图形化的方式来进行评价。(4)实例计算并优化挖掘机的油缸配置。
A excavator is good or not depending on it’s performance of working equipment. Digging performance chart is a importance means to evaluate the design of a excavator. But it is very difficult to drawing a digging performance chart, and chart isn’t convenience to be used. Today the computer technology is developping so fast, the CAD technology invade to manufacturing’s heart, and the CAE technology start to pervade to manufacturing enterprise. CAD/CAE/CAM melt into together become a trend. The melt wil improve repetition of CAD’s data. This article’s purpose is to use the mainstream software implement to explore a way which can be used to evalute a excavator’s performance, the way is easy to be understood and is visual. It can be used to evaluate the digging performance.
The article finish the work as below:
(1) At first the article introduce the principle of excavator how to work. then accord to digging condition, discussing the principle ought to be followed at design. The article get the conclusion that match between cylinders ought to consider firstly the cylinder’s diameter, while the cylinder’s stroke ought to meet required range of whole excavator’s. (2) Bring forward a optimizing object of the digging force and working efficiency in specifing range that depend on the cylinder’s diameter. And deduce the formula in ADAMS to computed digging force. So the software can be use to compute static of really excavator. (3)Build model for ADAMS-Matlab combine simulation. Accord to ADAMS’s advantage is in dynamic computing and Matlab’s advantage is in programming, combine them through interface to make digging force visualized, so digging force at any point in working range can be indicated through drawing picture. (4)Take for a example to compute digging force and optimizing the cylinders diameter.
为了达到这个目标,主要进行了如下工作:(1)首先介绍了挖掘机的工作原理,然后从挖掘机的挖掘工况谈起,论述了工作装置设计应该遵循的原则,从而得出油缸的搭配,主要考虑缸径,而油缸的行程,主要考虑整机的布置的结论。(2)提出以指定范围的挖掘力和挖掘效率为工作装置优化的目标,以缸径为优化变量的优化方案。并推导出可以应用于ADAMS的挖掘力计算公式,从而把通常用于动力学仿真的软件,也可以应用于静力平衡。并可以更加精确地模拟实际挖掘力。(3)建立ADAMS和Matlab联合仿真优化的模型。利用ADAMS长于多体动力学计算、而Matlab长于计算控制的特点,通过接口把两者有机结合起来,把复杂的挖掘力计算用方便直观的方式来实现,使得任意点的整机挖掘力可以以图形化的方式来进行评价。(4)实例计算并优化挖掘机的油缸配置。
A excavator is good or not depending on it’s performance of working equipment. Digging performance chart is a importance means to evaluate the design of a excavator. But it is very difficult to drawing a digging performance chart, and chart isn’t convenience to be used. Today the computer technology is developping so fast, the CAD technology invade to manufacturing’s heart, and the CAE technology start to pervade to manufacturing enterprise. CAD/CAE/CAM melt into together become a trend. The melt wil improve repetition of CAD’s data. This article’s purpose is to use the mainstream software implement to explore a way which can be used to evalute a excavator’s performance, the way is easy to be understood and is visual. It can be used to evaluate the digging performance.
The article finish the work as below:
(1) At first the article introduce the principle of excavator how to work. then accord to digging condition, discussing the principle ought to be followed at design. The article get the conclusion that match between cylinders ought to consider firstly the cylinder’s diameter, while the cylinder’s stroke ought to meet required range of whole excavator’s. (2) Bring forward a optimizing object of the digging force and working efficiency in specifing range that depend on the cylinder’s diameter. And deduce the formula in ADAMS to computed digging force. So the software can be use to compute static of really excavator. (3)Build model for ADAMS-Matlab combine simulation. Accord to ADAMS’s advantage is in dynamic computing and Matlab’s advantage is in programming, combine them through interface to make digging force visualized, so digging force at any point in working range can be indicated through drawing picture. (4)Take for a example to compute digging force and optimizing the cylinders diameter.
引文
1、于洁.液压挖掘机工作装置虚拟样机技术的研究.山东科技大学硕士学位论文,2005
2、同济大学.单斗液压挖掘机.中国建筑工业出版社,1986
3、姬鹏.液压挖掘机反铲装置的运动学仿真及动力学分析.吉林大学硕士学位论文,2005
4、冀满忠.基于MATLAB的液压挖掘机反铲装置挖掘性能图的程序化绘制.重庆大学硕士学位论文,2006
5、杜文靖.液压挖掘机工作装置设计关键技术研究.吉林大学博士学位论文, 2007
6、智库在线. 2007年中国挖掘机市场深度研究与投资预测报告
7、彭伟春.小型多功能液压挖掘机研究.吉林大学硕士学位论文,2004
8、刘本学.液压挖掘机反铲工作装置的有限元分析.长安大学硕士学位论文,2003
9、孙志广.液压挖掘机工作装置优化设计及性能仿真[D].吉林大学硕士学位论文,2005
10、李武,崔毅,潘国远液压挖掘机分工况控制中泵-发动机的匹配装备制造技术2008.8
11、Msc.software(美).MSC.ADAMS /view高级培训教程清华大学出版社,2004.7
12、黄永安,马路,刘慧敏.Matlab7.0/simulink 6.0建模仿真开发与高级工程应用清华大学出版社2005.12
13、赵丽娟.基于Pro/E与ADAMS协同仿真中的图形数据交换.机械与电子.12006(12)
14、陈立平,张云清,覃刚.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程北京:清华大学出版社2005.1
15、Shoichiro Nakamura(美).科学计算引论——基于Matlab的数值分析(第二版)北京:电子工业出版社2002.6
16、郑建荣.ADAMS—虚拟样机技术入门与提高.机械工业出版社2002.1
17、薛定宇.基于MATLAB_Simulink的系统仿真技术与应用.清华大学出版社2002.1
18、王国强,张进平,马若丁.虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践.西北工业大学出版社2002.3
19、李军,邢俊文,覃文洁.ADAMS实例教程.北京理工大学出版社,2002.7
20、黄宗益,叶伟,李兴华.液压挖掘机液压系统概述[J].建筑机械化,2003(9):12～16
21、董玉平,应华等.液压挖掘机反铲工作装置的运动仿真[J].工程机械,2000(10):16～19
22、彭伟春小型多功能液压挖掘机研究吉林大学硕士学位论文2004
23、王爽液压挖掘机整机建模和节能技术的研究及应用合肥工业大学硕士学位论文2004
24、张栋基于功率匹配的挖掘机节能控制技术的研究吉林大学博士学位论文2005
25、叶伟,黄宗益等挖掘机液压系统泵阀组合建筑机械化2003.7
26、黄宗益,叶伟等液压挖掘机液压系统概述建筑机械化2003.9
27、黄宗益,李兴华等液压传动的负载敏感和压力补偿建筑机械2004.4
28、王铁军基于ADAMS的窜联机器人运动可靠性仿真东北大学硕士学位论文2006.1
29、杨武成液压挖掘机工作装置的虚拟样机研究西安科技大学硕士学位论文2006.4
30、哈尔滨工业大学理论力学教研组.理论力学.北京:高等教育出版1997
31、朱志辉等.液压挖掘机工作装置的建模及动力学仿真.机械设计与制造,2006.8 158～159
32、金海薇,李冬伟.挖掘机反铲工作装置的设计与仿真系统.煤矿机械,2004.8,56～57
33、宋健,张越今.ADAMS软件应用中解决数值发散的技巧。汽车技术,1996。8,7～11
34、纪云锋等.液压挖掘机区间功率匹配控制.工程机械,2004.12,87～88
35、何清华等.系统仿真学报.2006.3,735～738
36、王爽,李志远.液压挖掘机负流量控制系统的节能分析与实现合肥工业大学学报(自然科学版),2006.2,213～216
37、郝雄.ADAMS动力学仿真算法及参数设置分析.传动技术,2005.9,27～30
2、同济大学.单斗液压挖掘机.中国建筑工业出版社,1986
3、姬鹏.液压挖掘机反铲装置的运动学仿真及动力学分析.吉林大学硕士学位论文,2005
4、冀满忠.基于MATLAB的液压挖掘机反铲装置挖掘性能图的程序化绘制.重庆大学硕士学位论文,2006
5、杜文靖.液压挖掘机工作装置设计关键技术研究.吉林大学博士学位论文, 2007
6、智库在线. 2007年中国挖掘机市场深度研究与投资预测报告
7、彭伟春.小型多功能液压挖掘机研究.吉林大学硕士学位论文,2004
8、刘本学.液压挖掘机反铲工作装置的有限元分析.长安大学硕士学位论文,2003
9、孙志广.液压挖掘机工作装置优化设计及性能仿真[D].吉林大学硕士学位论文,2005
10、李武,崔毅,潘国远液压挖掘机分工况控制中泵-发动机的匹配装备制造技术2008.8
11、Msc.software(美).MSC.ADAMS /view高级培训教程清华大学出版社,2004.7
12、黄永安,马路,刘慧敏.Matlab7.0/simulink 6.0建模仿真开发与高级工程应用清华大学出版社2005.12
13、赵丽娟.基于Pro/E与ADAMS协同仿真中的图形数据交换.机械与电子.12006(12)
14、陈立平,张云清,覃刚.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程北京:清华大学出版社2005.1
15、Shoichiro Nakamura(美).科学计算引论——基于Matlab的数值分析(第二版)北京:电子工业出版社2002.6
16、郑建荣.ADAMS—虚拟样机技术入门与提高.机械工业出版社2002.1
17、薛定宇.基于MATLAB_Simulink的系统仿真技术与应用.清华大学出版社2002.1
18、王国强,张进平,马若丁.虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践.西北工业大学出版社2002.3
19、李军,邢俊文,覃文洁.ADAMS实例教程.北京理工大学出版社,2002.7
20、黄宗益,叶伟,李兴华.液压挖掘机液压系统概述[J].建筑机械化,2003(9):12～16
21、董玉平,应华等.液压挖掘机反铲工作装置的运动仿真[J].工程机械,2000(10):16～19
22、彭伟春小型多功能液压挖掘机研究吉林大学硕士学位论文2004
23、王爽液压挖掘机整机建模和节能技术的研究及应用合肥工业大学硕士学位论文2004
24、张栋基于功率匹配的挖掘机节能控制技术的研究吉林大学博士学位论文2005
25、叶伟,黄宗益等挖掘机液压系统泵阀组合建筑机械化2003.7
26、黄宗益,叶伟等液压挖掘机液压系统概述建筑机械化2003.9
27、黄宗益,李兴华等液压传动的负载敏感和压力补偿建筑机械2004.4
28、王铁军基于ADAMS的窜联机器人运动可靠性仿真东北大学硕士学位论文2006.1
29、杨武成液压挖掘机工作装置的虚拟样机研究西安科技大学硕士学位论文2006.4
30、哈尔滨工业大学理论力学教研组.理论力学.北京:高等教育出版1997
31、朱志辉等.液压挖掘机工作装置的建模及动力学仿真.机械设计与制造,2006.8 158～159
32、金海薇,李冬伟.挖掘机反铲工作装置的设计与仿真系统.煤矿机械,2004.8,56～57
33、宋健,张越今.ADAMS软件应用中解决数值发散的技巧。汽车技术,1996。8,7～11
34、纪云锋等.液压挖掘机区间功率匹配控制.工程机械,2004.12,87～88
35、何清华等.系统仿真学报.2006.3,735～738
36、王爽,李志远.液压挖掘机负流量控制系统的节能分析与实现合肥工业大学学报(自然科学版),2006.2,213～216
37、郝雄.ADAMS动力学仿真算法及参数设置分析.传动技术,2005.9,27～30