小型挖掘機工作過程聯(lián)合仿真及能量消耗特性研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對各種工程機械的需求也越來越大，其中小型液壓挖掘機因為其獨特的優(yōu)勢，近年來更是呈現(xiàn)出一枝獨秀的發(fā)展局面。但是長期以來，小型液壓挖掘機能耗高，排放差的缺點一直得不到改善。挖掘機的工作效率如何，能量消耗具體產(chǎn)生在那些液壓元件上，工作過程中哪個階段能量消耗最大，具體操作時如何節(jié)約能量，目前還缺乏相應的研究結論。當然，對小型液壓挖掘機的能耗研究主要包括以下三個方面：變量泵的能耗分析，多路閥的能耗分析及工作裝置的能耗分析。

2、但是至今為止一直沒有挖掘機整體的能量消耗建模和分析，而且缺乏對挖掘機在實際工作過程中能量消耗的仿真研究和實驗驗證。通過對小型挖掘機整機能量消耗的研究，可以使工作過程中各個主要耗能部件的能量消耗變得明確，為液壓元件的節(jié)能設計和節(jié)能的操作方法及節(jié)能操作系統(tǒng)提供依據(jù)，而且可以使研究者明確如果設計節(jié)能的液壓元件或回路的話可以提高多少效率。
　　 現(xiàn)在小型挖掘機所采用的液壓系統(tǒng)主要是負載敏感系統(tǒng)，文中的研究對象是一種應用比較廣泛的負載敏感

3、系統(tǒng)——與負載壓力無關的流量分配系統(tǒng)，簡稱LUDV 系統(tǒng)。傳統(tǒng)研究挖掘機能量消耗的方法主要是對挖掘機液壓系統(tǒng)的某一部件進行研究，缺乏具體整機各個部件在具體工作過程中的能量消耗參數(shù)。近年來對挖掘機工作裝置的仿真研究一般是單獨的用ADAMS 建立虛擬樣機，或使用液壓仿真軟件單獨對液壓系統(tǒng)進行仿真。單獨采用AMEsim等液壓仿真軟件進行仿真，無法比較準確地模擬挖掘機在實際工作狀況下的負載變化情況，并且也無法得到挖掘機在運動過程中各個部件的轉動

4、慣量，質(zhì)心位置等參數(shù)。而單獨采用ADAMS 軟件仿真，主要是通過對挖掘機的部件做運動學和動力學分析，對機械結構進行研究，因挖掘機的主要能耗實際來自液壓系統(tǒng)，這種仿真方法不能夠對挖掘機的能耗特性進行有效的分析。以上幾種方法都有一定的片面性，一是至今為止的研究僅限于挖掘機的某個工作部件，二是缺乏實驗的驗證。所以仿真結果往往與實際情況有很大出入，無法應用于實踐。
　　 為了能夠準確模擬挖掘機的實際工作情況，以玉柴工程機械有限公司生產(chǎn)的

5、YC-60型小型液壓挖掘機為研究對象，通過實際測繪挖掘機的各個工作部件得到了各個部件的實際參數(shù)并用于建模，首先在Pro/E中建立了挖掘機各個部件的三維模型利用Pro/E 與ADAMS 接口軟件MECH/Pro 將三維模型導入到ADAMS中，建立挖掘機的虛擬樣機。然后在AMEsim 下建立液壓系統(tǒng)各個元件的能量損耗模型，以AMEsim 為主控軟件與ADAMS 進行聯(lián)合仿真，利用ADAMS的子模塊——ADAMS-model 建立ADAMS

6、于AMEsim的軟件接口，在ADAMS中對挖掘機進行動力學和運動學仿真，并把所得到的速度數(shù)據(jù)實時地傳遞給AMEsim，同時利用AMEsim的工具插件——import ADAMS mode 加載接口模塊ADAMS mode，將液壓系統(tǒng)所產(chǎn)生的力和轉矩實時地輸出到ADAMS中。仿真結束后利用能量損耗公式對挖掘機在工作過程中各個部件的具體能量消耗進行了計算，與此同時利用MTS位移傳感器和ATOS 壓力傳感器及杭州億恒數(shù)據(jù)信號采集儀對挖掘機在實

7、際工作過程中的能耗分析進行了實驗并得到了相關數(shù)據(jù)與仿真結果進行比較。最后提出了一種比較可靠的仿真模型，并計算出其在工作過程中的能量損耗，與仿真結果進行了比較和分析，使工作過程中各個主要耗能部件的能量消耗變得明確，為液壓元件的節(jié)能設計和節(jié)能的操作方法及節(jié)能操作系統(tǒng)提供了依據(jù)，而且可以使研究者明確如果設計節(jié)能的液壓元件或回路的話可以提高多少效率。并對挖掘機在工作過程中主要工作裝置的能量回收潛力進行了預測和分析。
　　 以下為各章的大

8、體內(nèi)容：
　　 第一章介紹了國內(nèi)外對液壓挖掘機能耗分析的研究和進展，介紹了挖掘機液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷程及當代在小型液壓挖掘機中使用最廣泛的LUDV 系統(tǒng)的工作原理，對各種仿真研究方法的特點和不足進行了介紹。提出了一種新的能量損失研究方法，對本課題的研究工作進行了概述。
　　 第二章對YC-60 挖掘機的主要工作元件進行了測繪，利用ProE 軟件對挖掘機整機建立了準確的三維模型。并將其導入ADAMS中建立了挖掘機工作的虛擬樣機

9、。利用虛擬樣機模擬了一個比較典型的工作過程。
　　 第三章利用AMEsim 軟件對挖掘機的變量泵進行測量并建立了仿真模型，并對變量泵在各個運行狀態(tài)下的運行狀態(tài)進行了仿真。對其在各個工作狀態(tài)下的能量消耗情況進行了研究。
　　 第四章在AMEsim 下建立挖掘機整機工作系統(tǒng)的仿真模型并以AMEsim 為主控軟件與ADAMS 進行聯(lián)合仿真，并對仿真結果進行了分析。
　　 第五章利用實驗儀器對YC-60 挖掘機的實際工作