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100吨矿用自卸车电液控制系统性能研究

张春辉  
【摘要】:矿用自卸车是在非公路的野外场地,如大型露天矿、水利工程中,用于运输煤矿、沙石等物料的专用自卸车。由于其重量大、行驶速度高,加之矿山地区的弯道、坡路较多,因此要求矿用自卸车具有安全、可靠、灵活的性能。随着国民经济的高速稳步发展,大型露天矿山的建设方兴未艾,作为主要运输工具的矿用自卸车需求量持续快速增长。矿用自卸车作为露天矿生产时的主要作业设备,在国外已有几十年的发展历史,虽然国内非公路矿用自卸车行业具有一定的技术水平和规模,但仍然存在着制造技术落后、试验和批量生产能力差、自主研发能力和国产化程度低、科研相对滞后的问题,严重制约着国内矿用自卸车行业发展。本课题以企业合作项目为依托,研制开发具有自主知识产权的载重量100t级的矿用自卸车,结合样车试验中出现的问题对多蓄能器充液系统,制动液压系统的性能,举升电液控制系统进行了有针对性的研究,具有重要的理论指导意义和实践应用价值,本文的研究内容如下:(1)根据矿用自卸车总体设计要求,给出了电液控制系统性能参数。从总体结构、液压控制系统、基于CAN总线和J1939总线协同控制电气系统三方面对整车关键结构和关键技术进行了分析。(2)设计了基于多蓄能器耦合的充液系统,并分析了系统原理。建立了系统充液过程的数学模型,对该系统中的关键元件先导卸荷阀进行研究,分析了其结构原理,对其进行了特性分析。建立了多蓄能器耦合充液系统的仿真模型,研究参数变化对系统性能的影响。通过现场试验表明该系统运行良好,性能稳定,达到了设计要求。(3)对车辆制动效能的影响因素进行分析,通过理想制动力分配关系及制动器结构,提出了制动系统前后制动压力分配关系计算方法,得出了前后制动理想压力分配值。建立了制动过程的动态数学模型并运用Matlab/Simulink为系统进行仿真分析。通过余压控制方式对后制动进行优化,并分析了优化后的系统原理以及余压控制阀组的设计参数。通过不同背压下制动同步性的测试和优化后的实车测试说明了余压控制阀组设计的有效性和合理性。(4)建立了举升多级液压缸数学模型和仿真模型,分析了举升系统电液比例控制方案,针对多级缸换级时的振动冲击问题,提出了基于模糊控制的分段控制方法。根据协同仿真原理,建立了举升系统的联合仿真模型,分析分段控制的可行性。通过对空载和重载举升过程现场试验,验证了手柄控制和分段控制的实际效果和分段控制的优越性。(5)为了检验矿用自卸车液压控制系统的性能,设计了整车液压系统测试方案。对整车液压系统中的各个子系统包括制动液压系统、转向液压系统,湿盘制动器冷却液压系统各种状态下的数据进行了采集与分析,并以此为依据,检验电液控制系统设计的合理性和可靠性。


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