液压挖掘机整机建模和节能技术的研究及应用

【摘要】：市场竞争的不断加剧使得产品开发速度和综合性能日益成为最具挑战性的因素之一,液压挖掘机是一个复杂的机电产品,由于其新产品开发周期长,成本高,导致产品严重老化、缺乏市场竞争力,目前80%以上的产量为外资企业所占有,如何提高我国液压挖掘机产品的设计水平和综合性能已成为急需解决的关键技术。虚拟样机技术的逐渐成熟为解决这些问题提供了强有力的工具和手段。本文从分析虚拟样机技术的特点和优势出发,针对现有液压挖掘机设计手段存在的不足,将虚拟样机技术引入挖掘机设计开发领域,并对液压挖掘机的关键节能技术进行探讨。论文的主要内容如下: 1.在介绍的虚拟样机技术的基本理论框架和回顾国内外在此方面的研究现状及发展趋势的基础上,论证了将虚拟样机技术应用于液压挖掘机设计的必要性和可能性及其实施的策略。 2.针对液压挖掘机整机系统,借助于虚拟样机技术理论的指导,提出了挖掘机虚拟样机的实现策略,即根据抽象建模的需要将挖掘机划分为有机关联的单学科系统及模型,分别在不同的支撑软件上并行建模,再利用网络和系统集成技术将各子系统模型集成为挖掘机虚拟样机。 3.按照系统仿真建模原理,主要研究了挖掘机液压系统的建模方法,探讨了利用Matlab软件中的Simulink工具箱建立了参数化和模块化的挖掘机液压系统仿真模型的方法。 4.提出了在ADAMS中建立虚拟样机环境,通过ADAMS/Control接口与Simulink中建立液压子系统模型有机集成,实现了挖掘机虚拟样机环境的机电液一体化联合仿真的策略和方法。并探讨了挖掘机虚拟样机的应用前景和发展趋势。 5.节能对于液压挖掘机所具有的意义,不仅在于节约燃料,更重要的是由此降低了系统发热和工作强度,从而有利于设备的运行和维护。本章介绍了当前国内外常用的挖掘机节能技术,并对基于六通型多路阀的负流量控制系统的节能效果进行了详细分析,建立了相应的控制模型,进行了计算机仿真并在自行研制的试验样机上验证了这一模型的正确性,在此基础上进而提出了这种节能控制的设计原则。 【关键词】：虚拟样机 液压挖掘机 液压系统 仿真 集成 节能
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TU621
【目录】：

• 第一章 绪论13-27
• 1．1 课题的提出及意义13-19
• 1．1．1 虚拟样机技术产生背景13-15
• 1．1．2 虚拟样机的提出及相关概念15-16
• 1．1．3 虚拟样机技术的特点16-19
• 1．2 虚拟样机技术的研究及应用现状19-20
• 1．3 虚拟样机技术与液压挖掘机开发20-26
• 1．3．1 液压挖掘机发展现状20-21
• 1．3．2 虚拟样机技术在液压挖掘机领域的应用21-26
• 1．4 课题研究的主要内容26-27
• 第二章 液压挖掘机虚拟样机技术的实现策略27-41
• 2．1 液压挖掘机概述27-29
• 2．2 液压挖掘机系统组成29-33
• 2．3 液压挖掘机虚拟样机实现33-41
• 2．3．1 关键技术与选用的支撑软件33-37
• 2．3．2 液压挖掘机虚拟样机技术实现框架37-38
• 2．3．3 液压挖掘机虚拟样机数字组成38-39
• 2．3．4 液压挖掘机虚拟样机实现难点39-41
• 第三章 挖掘机液压控制系统的数学建模41-52
• 3．1 液压系统的建模理论41-42
• 3．1．1 相关概念41-42
• 3．1．2 液压系统建模特点42
• 3．2 挖掘机液压系统的组成及工作原理42-44
• 3．3 典型液压回路的开环控制建模44-50
• 3．3．1 液压系统建模原理44-47
• 3．3．2 液压系统基本元件数学建模47-50
• 3．4 挖掘机控制系统建模50-52
• 第四章 挖掘机液压系统和控制系统建模及仿真实现52-67
• 4．1 数字仿真技术概述52-53
• 4．2 Matlab/Simulink控制系统设计工具箱简介53-55
• 4．3 在 Simulink环境中实现液压系统的数学模型仿真55-62
• 4．3．1 Simulink环境中液压系统的仿真实现原理55-56
• 4．3．2 Simulink中基本液压元件的模型表述56-61
• 4．3．3 Simulink中液压系统的模型表述61-62
• 4．4 挖掘机虚拟样机的集成62-67
• 4．4．1 CAD模型和机构系统模型的集成63-64
• 4．4．2 机械系统和液压系统模型的集成64-66
• 4．4．3 控制系统模型与其他系统的关联66-67
• 第五章 液压挖掘机节能系统的分析及实现67-77
• 5．1 液压挖掘机节能的意义67
• 5．2 挖掘机功率损失分析67-68
• 5．3 挖掘机液压系统中的节能措施68-74
• 5．3．1 负流量控制68-72
• 5．3．1．1 负流量控制模型和计算69-70
• 5．3．1．2 电液比例负流量控制70-71
• 5．3．1．3 试验验证71-72
• 5．3．2 压力切断72
• 5．3．3 正流量控制系统72-73
• 5．3．4 负荷传感控制系统73
• 5．3．5 液压系统其他节能措施73-74
• 5．4 发动机与液压系统的功率匹配控制74-76
• 5．4．1 液压泵74
• 5．4．2 泵-柴油机联合调节74-76
• 5．5 发展趋势76-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 参考文献79-83

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