应用虚拟样机技术的液压挖掘机仿真分析

利用空间机构学中D-H法和ADAMS软件建立了挖掘机工作装置坐标系及机械仿真模型.通过ADAMS/View中对挖掘机虚拟样机系统的仿真分析,得到了空载挖掘下动臂、铲斗和斗杆之间的速度、加速度关系,并得到液压挖掘机的一些特殊工作尺寸.根据对挖掘阻力的分析,对挖掘机铲斗挖掘时的受力状况进行仿真,得到了各铰接点处的受力情况,为零件的强度分析提供了依据.     

液压挖掘机工作机构尺寸对挖掘力发挥的影响

提出一种改变工作机构尺寸对液压挖掘机挖掘力发挥影响的研究方法。针对挖掘作业中的斗杆挖掘和铲斗挖掘工况,选取机重相近的挖掘机的工作机构尺寸进行动臂、斗杆和铲斗影响下的挖掘力分析,应用仿真软件获得各液压缸挖掘力并绘制相应的挖掘力曲线。以相近吨位的某挖掘机为例,验证了工作机构各尺寸对于挖掘力发挥的影响规律。研究结果表明:建立挖掘力计算模型,对比各组挖掘力变化趋势,在斗杆挖掘中,随斗杆尺寸变化,斗杆最大挖掘力变化率达10%;铲斗挖掘中,随铲斗尺寸变化,铲斗最大挖掘力变化率达12%。此分析方法对于工作机构的设计具有重要意义。     

液压挖掘机工作装置复合动作时动力学仿真分析

复合动作是液压挖掘机常用的挖掘方式。文中用Pro-E对液压挖掘机进行了三维建模,建立了挖掘机工作装置的虚拟样机。通过对工作装置在复合工作时的动力学分析,得到了挖掘机的动臂、斗杆、铲斗等主要铰接点力的特性曲线,揭示了挖掘机挖掘工作过程中各构件的动力学特性规律,为进一步分析挖掘机的结构特性和应力分布提供了结构件的载荷分布情况,从而为挖掘机的设计提供理论依据。     

基于极限轨迹的挖掘机工作装置动力学分析

针对液压挖掘机工作装置动态特性研究的问题,提出了一种工作装置铰点力动力学分析方法。采用理论挖掘力计算模型,分别计算得到了沿铲斗挖掘与斗杆挖掘两条极限挖掘轨迹上的理论挖掘力分布;通过对工作装置三维模型的合理简化,建立了其动力学仿真模型;通过对比仿真轨迹中最大挖深点与其实际坐标位置,验证了动力学模型的正确性;分别以铲斗挖掘力和斗杆挖掘力为载荷,进行了两条极限挖掘轨迹的动力学仿真。研究结果表明:工作装置铰点力在挖掘过程中随理论挖掘力而进行动态变化;该研究结果为液压挖掘机工作装置动态特性的研究及动应力分析提供了理论基础。     

300t液压挖掘机虚拟样机动力学仿真研究

以300t大型反铲液压挖掘机为研究对象,通过ADAMS仿真分析了各液压缸以及4个主要铰接点在循环工况中的受力情况,为循环工况下铲斗、斗杆和动臂等的强度分析作准备。仿真结果表明:动臂液压缸、动臂与斗杆铰接点所受载荷的变化最为剧烈;各液压缸、铰接点所受载荷跟随挖掘阻力的变化而变化,其峰值与阻力的峰值几乎出现在同一时刻。     

基于ADAMS的液压挖掘机工作装置动力学仿真分析

液压挖掘机工作装置的挖掘力是衡量液压挖掘机挖掘性能的重要指标之一,也是挖掘机用户购买挖掘机时考虑的重要因素之一。基于虚拟样机技术的液压挖掘机仿真分析能够真实地模拟该挖掘机工作装置的挖掘力。以某型液压挖掘机(20t级)为研究对象,应用仿真分析软件ADAMS对其工作装置进行动力学仿真分析。通过动力学仿真分析,得到各铰接点处和液压缸的受力情况及相关曲线,从而为铲斗、斗杆和动臂等结构的强度分析提供依据。     

大型正铲液压挖掘机工作装置性能的优化仿真

针对大型正铲液压挖掘机工作装置工作范围和挖掘力的性能优化问题,首先采用ADAMSMew开发了液压挖掘机工作装置的运动学仿真模型,通过对其进行运动学仿真得出了挖掘包络图与工作范围性能指标,并通过调整铰接点位置的优化方法对工作范围的性能进行了优化;然后利用ADAMS/Hydraulics开发了正铲液压挖掘机工作装置液压模型,集成于工作装置运动学模型,从而建立了工作装置动力学模型,对其进行了挖掘力性能仿真研究,通过调整铰接点位置的优化方法对最大挖掘力进行了优化.研究结果表明,通过采用该仿真优化方法,提升了工作装置的工作范围与挖掘力的性能,筛选出的最终优化方案,将作为研发大型液压挖掘机的设计依据.     

基于工作装置主尺寸变化条件下的反铲挖掘机综合挖掘性能分析

为了实现对液压挖掘机综合挖掘性能的评价,提出一种基于工作装置尺寸变化因素的研究方法。以挖掘范围和挖掘力为研究对象,分别考虑挖掘作业中的斗杆挖掘和铲斗挖掘,选取机重相近的挖掘机的工作装置尺寸并进行动臂、斗杆和铲斗因素下的综合挖掘性能分析,应用仿真软件绘制包络图,并获得挖掘工作尺寸及各液压缸挖掘力。以相近吨位的某挖掘机为例,验证了工作装置各尺寸对于挖掘性能的影响规律。研究结果表明,运用坐标系变换法建立杆件坐标系并计算挖掘包络图,各组仿真的工作尺寸变化趋势与理论相符。建立挖掘力计算模型,对比各组挖掘力变化趋势,在斗杆挖掘中,随斗杆尺寸变化,斗杆最大挖掘力变化率达10.3%;铲斗挖掘中,随铲斗尺寸变化,铲斗最大挖掘力变化率达11.8%。综合挖掘性能分析方法针对工作装置的设计方面具有重要意义。     

液压挖掘机工作装置联合仿真研究

工作装置是液压挖掘机的主要执行机构,其性能好坏直接决定液压挖掘机的挖掘效率。建立液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型进行动力学仿真分析,得到工作装置在复合挖掘工况下的位移动态曲线以及各杆件主要铰接点的受力情况,选取各铰接点最大受力姿态和受力值对动臂进行强度分析和校核,为液压挖掘机工作装置的设计及优化提供依据。     

铲斗连杆机构的参数优化设计

针对某型液压挖掘机工作装置的铲斗连杆机构,运用ADAMS虚拟样机技术对其进行参数优化设计,在保证铲斗液压油缸行程变化很小的情况下优化该机构的铰点位置,使得铲斗连杆机构的传动比大大提高,从而提高了铲斗挖掘力,优化结果对产品的后续改进设计具有一定的参考价值。     

Mechanism optimal design of backhoe hydraulic excavator working device based on digging paths

In order to solve the problem that hydraulic excavator in the real working process cannot meet the design requirements and reveals insufficient digging force, a new method on mechanism optimal design of backhoe hydraulic excavator working device based on digging paths is introduced and discussed in this paper. Considering the characteristics of consecutive digging process of hydraulic excavator, a digging path is composed of bucket digging trajectories and arm digging trajectories. The feasible working region is divided into a series of uniform paths according to the working position of boom. The practical digging performance of excavator is evaluated based on the digging force parameters under combined work condition of the discrete points on the digging paths. It is turned out that the method is more accurate to analyze excavator’s real-world digging performance via the analysis of some practical cases. Based on the new digging performance analysis method, the optimization mathematical model is built to ensure the digging force under combined work condition and the average digging force of every operating path as big as possible. The layout design of hinge position on the working device is optimized through genetic algorithm. The optimization result shows that a certain model of an excavator’s maximum digging force on the customary digging paths is improved by 10% and the average digging force is improved by 4% after the optimization on the working device of the excavator with weak digging force.     

挖掘机斗杆各铰点力计算及有限元分析

建立挖掘机斗杆各铰点在任意姿态下的受力数学模型.在Pro/E软件的草绘模块中绘制挖掘机工作装置的二维模型,并利用其尺寸驱动功能模拟工作装置各个铰点任意姿态下的位置关系.通过测量、计算得出斗杆在指定工况下各铰点受力情况.利用这一方法对詹阳动力重工有限公司某型挖掘机斗杆进行了有限元分析.     

基于多学科协同仿真的液压系统性能匹配研究

针对正铲挖掘机液压系统与工作装置负载的性能匹配问题,提出了多学科协同仿真方法,并应用于整机系统的性能仿真研究。为准确模拟挖掘机工作过程中各子系统的性能参数变化,基于多刚体动力学软件ADAMS建立了工作装置的机构仿真模型,并利用离散元仿真软件EDEM模拟了挖掘机不同进给深度的实际挖掘负载;然后,根据液压系统原理及控制方式,以AMESim为主仿真平台,建立了复合控制泵模型;最后,构建了全系统机液协同仿真模型。分别对液压系统工作过程中液压泵和各液压缸的性能参数进行了仿真验证,并模拟了不同挖掘负载对液压系统性能参数的影响变化。研究结果表明,该协同仿真方法能够用于对复杂系统进行准确、有效地建模,并验证了所设计的液压系统在多变负载工况下性能匹配参数的合理性。     

正铲液压挖掘机三副摇杆工作机构的超多目标优化设计

为解决液压挖掘机工作机构的超多目标优化难题,以新型三副摇杆正铲挖掘机构为研究对象、开展基于超多目标进化算法的优化设计研究。以三副摇杆工作机构的功能特点和正铲挖掘机的挖掘力、推压力、挖掘图谱指标等性能指标为目标函数建立其约束超多目标优化模型。通过引入自适应旋转模拟二进制交叉算子,提出一种改进的约束超多目标进化算法,增强算法处理复杂约束优化问题的能力,并在标准测试函数集中进行验证。将改进算法应用于70 t级液压挖掘机三副摇杆工作机构优化实例中,并与当前最先进的8种约束多目标进化算法进行比较研究,验证所提出算法的有效性。最后基于理想解法从得到的非支配解集中筛选出满意度最高的三副摇杆工作机构设计方案,并与现有经典机型方案的性能参数进行比较。优化结果表明：提出的算法在挖掘机工作机构优化中相比于其他进化算法具有明显优势,能得到极具竞争力的三副摇杆工作机构优化方案。     

液压挖掘机反铲装置虚拟样机仿真研究

为解决液压挖掘机反铲装置作业时,工作范围尺寸与挖掘力出现的问题,首先,运用Pro／E软件,建立液压挖掘机的三维实体模型,并导入虚拟样机分析软件ADAMS,合理地添加约束与驱动;然后,在ADAMS中进行运动学仿真,获得液压挖掘机的主要工作范围尺寸,并经过国家标准检验,验证了系统设计的合理性;最后,在特定工况下,对反铲装置各铰点的受力情况进行动力学仿真,获得其变化规律,较精确地得到反铲装置各铰点所受的最大载荷,并提出了相应的改进措施,为进一步进行有限元分析与优化设计奠定了基础。     

7.5 m3液压挖掘机正铲工作装置的优化设计及仿真分析

主要研究大型液压挖掘机普通正铲工作装置的优化设计，并对其优化前后的挖掘特性进行了仿真分析，验证了优化设计的合理性。     

基于改进非支配排序遗传算法的正铲挖掘机工作装置优化设计*

采用多目标进化算法对正铲挖掘机工作装置进行优化设计,目标是水平直线挖掘铲斗切削后角变化量、主要挖掘区域内纵向斗杆挖掘最大挖掘力和纵向铲斗挖掘最大挖掘力3个性能指标。针对NSGA-II处理具有复杂Pareto最优前端优化问题能力不足的问题,提出动态拥挤排序策略,提高算法求解的多样性,引入差分算子和柯西变异算子,提高算法的全局寻优能力。使用ZDT系列测试函数对改进算法进行测试研究,结果表明改进算法的收敛性指标和多样性指标均有很大提高,能够很好地处理具有复杂Pareto最优前端的优化问题。基于改进的优化算法对正铲挖掘机工作装置进行优化设计,并利用理想解法得到了最满意优化方案,优化结果表明了改进算法应用于实际工程问题的有效性和可行性。     

基于刚—柔耦合模型的液压挖掘机动力学仿真研究

用机械系统动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS相结合的方法,建立液压挖掘机刚柔耦合虚拟样机,并对液压挖掘机刚柔耦合模型进行了运动仿真,通过动力学仿真分析研究了液压缸在复合挖掘过程中的受力情况及各铰接点处的受力变化。     

Motion Planning Based Coordinated Control for Hydraulic Excavators

Hydraulic excavator is one type of the most widely applied construction equipment for various applications mainly because of its versatility and mobility. Among the tasks performed by a hydraulic excavator, repeatable level digging or flat surface finishing may take a large percentage. Using automated functions to perform such repeatable and tedious jobs will not only greatly increase the overall productivity but more importantly also improve the operation safety. For the purpose of investigating the technology without loss of generality, this research is conducted to create a coordinate control method for the boom, arm and bucket cylinders on a hydraulic excavator to perform accurate and effective works. On the basis of the kinematic analysis of the excavator linkage system, the tip trajectory of the end-effector can be determined in terms of three hydraulic cylinders coordinated motion with a visualized method. The coordination of those hydraulic cylinders is realized by controlling three electro-hydranlic proportional valves coordinately. Therefore,the complex control algorithm of a hydraulic excavator can be simplified into coordinated motion control of three individual systems.This coordinate control algorithm was validated on a wheeled hydraulic excavator, and the validation results indicated that this developed control method could satisfaetorily accomplish the auto-digging function for level digging or flat surface finishing.     

采用ADAMS的液压挖掘机整机理论挖掘力的求解与应用分析

借助Pro/E4.0和ADAMS 2007R2两种软件,建立了SWE90H液压反铲挖掘机的虚拟样机,在ADAMS中选用易于实现求解整机理论挖掘力的方法,并对该挖掘机基于挖掘轨迹的整机理论挖掘力进行求解和应用分析。