基于双阀芯的挖掘机动臂控制系统特性及节能研究

【摘要】： 由于人们对能源危机的认识和环保意识的不断提高,全球都在寻求最佳的低碳生产、生活方式。在工程机械方面,特别是对挖掘机的节能研究已成为极具发展前景的课题。在此背景下,本文以双阀芯系统为研究对象,比较研究了LUDV(德文：Last Unabhangige Durchfluss Vereilung;汉译为：与负载无关的流量分配)系统,对双阀芯控制非对称缸系统进行建模分析,同时利用联合仿真技术对双阀芯系统在挖掘机上的应用进行了较为深入的静动态特性分析和节能研究。论文主要工作如下： 综述了国内外对双阀芯技术在挖掘机节能控制方面的研究及应用现状。分析了双阀芯系统的工作原理,结合工程机械执行机构大多数是非对称缸的情况,建立了双阀芯控制非对称缸系统数学模型,并编写Matlab程序对系统静动态特性和节能情况进行了分析,结果表明控制双阀芯系统进出油口阀芯位移比值m1、m2在液压缸两腔有效面积比值n的一定范围内,系统可获得较好静动态特性和节能效果。 建立了挖掘机动力学Adams仿真模型。分析了双阀芯系统主要元器件的内部结构和工作原理,提出将双阀芯系统中CV(Conditioning Valve)阀流量分配方式与LUDV系统流量分配方式统一起来,建立了控制挖掘机动臂的LUDV系统和双阀芯系统两套AMESim仿真模型。为后续仿真比较LUDV系统与双阀芯系统奠定了基础。 分别对挖掘机LUDV系统和双阀芯系统进行了仿真分析,并且分析了LUDV系统节流面积比值和双阀芯系统不同进出油口阀芯位移比值对挖掘机动臂执行机构压力、位移响应的影响以及在此基础上能耗情况。仿真结果验证了双阀芯控制非对称缸系统的理论分析,为双阀芯系统的进一步研究提供了具有指导意义的理论依据和控制方法。同时建立了基于双阀芯的挖掘机动臂势能再生控制系统仿真模型,为后续实验研究提供了相关的控制数据。 为获得更准确的仿真模型和对仿真数据进行对比验证,搭建了LUDV系统和双阀芯系统两套挖掘机实验平台。实验表明,所建模型和仿真数据是正确、可靠的,同时也验证了对双阀芯系统的理论分析正确性。 【关键词】：双阀芯 挖掘机 联合仿真 静动态特性 节能
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU621
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 论文提出的背景及意义8
• 1.2 挖掘机节能技术研究发展概述8-10
• 1.3 挖掘机双阀芯系统应用及节能研究现状10-12
• 1.4 论文研究的主要内容12-14
• 第二章 双阀芯控制非对称缸系统数学建模及分析14-34
• 2.1 双阀芯控制非对称缸系统数学建模14-25
• 2.1.1 基本模型简述14-15
• 2.1.2 负载压力和负载流量的定义15
• 2.1.3 双阀芯控制非对称缸系统的基本方程15-22
• 2.1.4 双阀芯控制非对称缸系统的传递函数22-24
• 2.1.5 双阀芯控制非对称缸系统传递函数的简化24-25
• 2.2 双阀芯控制非对称缸系统数学模型分析25-31
• 2.2.1 双阀芯控制非对称缸系统静态压力特性分析25-26
• 2.2.2 双阀芯控制非对称缸系统动态压力特性分析26-30
• 2.2.3 双阀芯控制非对称缸系统节能分析30-31
• 2.3 本章小结31-34
• 第三章 基于双阀芯的挖掘机动臂控制系统建模34-46
• 3.1 Adams与AMESim的联合仿真简介34-36
• 3.2 基于Adams平台的挖掘机虚拟样机建模36
• 3.3 挖掘机液压系统建模36-45
• 3.3.1 负载敏感泵建模36-39
• 3.3.2 LUDV系统多路阀建模39-41
• 3.3.3 双阀芯系统建模41-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 基于双阀芯的挖掘机动臂控制系统仿真及能耗研究46-66
• 4.1 挖掘机LUDV系统仿真及能耗研究46-52
• 4.2 挖掘机双阀芯系统仿真及能耗研究52-59
• 4.3 双阀芯系统与LUDV系统仿真对比分析59-60
• 4.4 基于双阀芯的挖掘机动臂势能再生控制系统仿真研究60-64
• 4.4.1 基于双阀芯的挖掘机动臂势能再生控制系统建模60-61
• 4.4.2 基于双阀芯的挖掘机动臂势能再生控制系统仿真研究61-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 实验研究66-80
• 5.1 实验目的和内容66
• 5.2 实验设备66-69
• 5.2.1 测试用液压挖掘机68
• 5.2.2 VALVE F(X)检测软件68
• 5.2.3 液压测试仪68-69
• 5.3 实验准备工作69-74
• 5.3.1 传感器以及双阀芯系统的安装69-70
• 5.3.2 变量泵转速测定70-71
• 5.3.3 控制程序模块的设计71-72
• 5.3.4 双阀芯系统手柄指令的设计72-74
• 5.4 实验步骤与结果分析74-79
• 5.4.1 基于LUDV系统的挖掘机动臂单动作实验与结果分析74-75
• 5.4.2 基于双阀芯系统的挖掘机动臂单动作实验与结果分析75-79
• 5.5 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 攻读学位期间主要的研究成果87
• 攻读硕士学位期间发表及录用论文情况87

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