【摘要】：液壓挖掘機(jī)作為一種廣泛應(yīng)用的建筑機(jī)械，它的工作性能、時(shí)間效率、疲勞壽命都會(huì)對(duì)整個(gè)施工進(jìn)度帶來(lái)很?chē)?yán)重的影響。挖掘機(jī)的工作裝置作為挖掘機(jī)完成動(dòng)作的直接實(shí)施者，，它結(jié)構(gòu)的可靠性、耐久性直接關(guān)系到挖掘機(jī)的工作性能，因此對(duì)液壓挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析就顯得尤為必要。另外在挖掘的過(guò)程中，人工操作挖掘機(jī)很難控制挖掘精度，而且，一些挖掘環(huán)境相當(dāng)惡劣，并不適合人工作業(yè)，所以研究挖掘機(jī)按給定軌跡自動(dòng)挖掘的功能就顯得十分必要，故而要對(duì)挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行控制系統(tǒng)分析。本文主要對(duì)挖掘機(jī)工作裝置做動(dòng)力學(xué)分析和相應(yīng)的控制系統(tǒng)做必要的研究。 本文首先對(duì)液壓挖掘機(jī)工作裝置采用多體動(dòng)力學(xué)中的Kane-Huston方法進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模，得到液壓挖掘機(jī)工作裝置的動(dòng)力學(xué)普遍方程；采用Pro/E和ADAMS軟件完成液壓挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)模型的建立，并添加必要的約束和外力系，模擬在真實(shí)環(huán)境下液壓挖掘機(jī)的工作狀態(tài)，用虛擬樣機(jī)技術(shù)與ADAMS動(dòng)力學(xué)分析軟件對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，得到在實(shí)際工作過(guò)程中，挖掘機(jī)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗之間的速度、加速度和各鉸銷(xiāo)點(diǎn)處力的關(guān)系，為后續(xù)挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)的有限元分析奠定了基礎(chǔ)；并分別對(duì)動(dòng)力學(xué)普遍方程與虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行了相關(guān)逆問(wèn)題的求解，得到動(dòng)臂、斗桿的轉(zhuǎn)角變化曲線，二者相互對(duì)比，驗(yàn)證了彼此模型建立的正確性。 其次，液壓挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)分析分別采用聯(lián)合仿真分析研究與理論仿真分析研究，聯(lián)合仿真是采用動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS與控制系統(tǒng)分析軟件MATLAB/Simulink有機(jī)地連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化聯(lián)合仿真，在此過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了二者之間的數(shù)據(jù)交換，使得在ADAMS進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析得到的數(shù)據(jù)傳到MATLAB/Simulink中，在MATLAB/Simulink里建立的PID控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制，最終得到液壓挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)鏟斗斗尖軌跡，并將其與理論給定軌跡，未加PID控制得到的軌跡分別比較，可知PID控制極大地加強(qiáng)了對(duì)挖掘機(jī)鏟斗斗尖軌跡的控制，對(duì)以后的挖掘機(jī)控制系統(tǒng)研究具有指導(dǎo)意義；理論仿真是通過(guò)計(jì)算控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，尤其是動(dòng)臂、斗桿工作裝置的傳遞函數(shù)，在MATLAB/Simulink里建立PID控制系統(tǒng)框圖，進(jìn)行控制仿真分析的，最終得到在添加PID控制算法下動(dòng)臂、斗桿系統(tǒng)的階躍曲線與正弦信號(hào)跟隨曲線，并與未加PID控制的結(jié)果進(jìn)行比較，而且對(duì)關(guān)于挖掘機(jī)工作裝置的傳遞函數(shù)計(jì)算時(shí)，考慮動(dòng)力學(xué)與不考慮動(dòng)力學(xué)兩種情況進(jìn)行了對(duì)比研究，得出考慮工作裝置動(dòng)力學(xué)對(duì)挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的必要性。 最后進(jìn)行挖掘機(jī)工裝軌跡控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建以及實(shí)驗(yàn)研究，針對(duì)三種載荷情況，即空載、輕載、重載，進(jìn)行了實(shí)際挖掘機(jī)電液比例閥性能實(shí)驗(yàn)與PID控制實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)了動(dòng)臂、斗桿電液比例閥的工作特性，明確了各電液比例閥的工作區(qū)間；同時(shí)通過(guò)“PID控制”實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了PID控制算法的實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)了按照給定水平直線的挖掘運(yùn)動(dòng)，得到了最優(yōu)軌跡曲線與控制參數(shù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TU621

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本文編號(hào)：2455703