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大型矿用液压挖掘机电液控制系统的建模及仿真

朱小晶  
【摘要】: 大型矿用液压挖掘机是集成了机械、液压和计算机控制技术的大型复杂机电系统,主要用于各种大规模露天矿山的开采、煤炭和尾矿等物料的铲装及大型基础建设,对比机械式电铲,具有整机重量轻、调速范围大、机动性好和卸载精确等优点,代表着露天开采设备的发展方向。目前国外大型液压挖掘机制造技术已非常成熟,最大机型斗容为50 m3,机重达900 t。国内在这一装备领域还处于空白,没有企业制造过斗容量大于12 m3的液压挖掘机,所用大吨位机型完全依赖进口。在此背景下,太重集团公司决定研制国内首台斗容15 m3、机重260 t的大型矿用液压挖掘机,为进一步研制斗容量更大的机型做前期准备。 为了完成挖掘机的设计,在机器制造之前就能对整机的工作特性有一个比较全面的了解,需要采用数字仿真技术。目前国内外采用的方法有:(1)利用ADAMS软件对挖掘机工作装置进行动力学仿真,设计机械结构,但这种方法只能解决机构优化问题,不能较准确的施加液压系统对工作装置的驱动,更无法准确分析机器的作业效率及能耗。(2)利用液压系统仿真软件对挖掘机液压系统进行设计,由于不能准确施加挖掘过程各执行器受到的负载力,提供各执行器所驱动的负载质量随挖掘姿态和速度的变化关系,不能准确模拟挖掘机真实的工作环境。为了克服两种方法的不足,完成研发工作,制定的技术路线是对挖掘机作业过程进行多体动力学和液压系统的联合仿真研究。 论文用ADAMS软件和AMESim软件对设计的矿用挖掘机工作装置和液压系统进行联合仿真,通过仿真确定所开发机型的各项设计参数。具体内容有: 1.运用数学方法建立正铲液压挖掘机挖掘过程的挖掘力模型,分析其最大挖掘阻力。 2.建立挖掘机运动工况数学模型;对其工作零部件用Pro/E软件进行三维实体建模和虚拟装配,利用MECH/Pro接口软件将装配模型导入到动力学仿真软件ADAMS中,添加约束和驱动,仿真分析特殊运动工况。 3.用AMESim软件建立液压控制系统模型,通过接口用ADAMS和AMESim软件进行机械机构和液压系统的联合仿真,分析挖掘机水平推压工况最大推压力及工作循环中各工作部件对其旋转轴的转动惯量。 4.分析各工况下动力系统的功率匹配;通过联合仿真挖掘机作业工况,分析挖掘机的工作效率和能量利用率;提出流量再生液压系统,对比原系统和流量再生系统的能量损耗情况。


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