装载机工作装置液压系统的节能研究

【摘要】： 随着工业技术的迅速发展,能源短缺问题日趋严重。装载机在使用过程中经常出现油温过高现象,而液压系统的油温过高会造成装载机操作不灵活、铲斗举升和翻转困难,以及工作压力降低等故障,已逐渐成为人们普遍关注的对象。目前,国内装载机工作装置液压系统都是由定量泵驱动,在转速相同的情况下,定量泵的输出流量始终保持不变,不能适应负载的变化。而装载机工作装置负载变化频繁且变化范围较大,导致液压系统存在较大的溢流损失。因此,由定量泵驱动的装载机工作装置液压系统有逐渐被节能型的新型液压系统取代的趋势。本文从液压泵与负载匹配的角度出发,将负载敏感变量泵应用到装载机工作装置液压系统的设计中。 本论文以856Ⅲ轮式装载机工作装置液压系统为研究对象,主要从装载机工作装置液压系统节能角度出发,从理论分析和联合仿真分析两个方面展开研究,主要工作如下: (1)以现行装载机的代表856Ⅲ轮式装载机为研究对象,分析装载机工作装置现行液压系统在一个标准工作循环过程中处于不同工况时的功率损失。结果证明,定量泵不能根据负载的变化输出压力和流量,装载机工作装置现行液压系统存在较大的溢流损失、中位卸荷损失和节流损失。 (2)为了解决装载机工作装置液压系统中溢流损失、节流损失和中位卸荷损失较大的问题,本论文以856Ⅲ轮式装载机的设计任务和主要技术参数为依据,设计了装载机工作装置负载敏感液压系统。 (3)利用功率键合图法建立装载机工作装置负载敏感液压系统的数学模型,为使用AMESim仿真软件建立装载机工作装置液压系统的仿真模型做理论基础。 (4)装载机在运动过程中,随着运动状态和速度不断变化,负载阻力及工作装置重力的作用力臂也随之不断发生变化,最后导致铲斗液压缸和动臂液压缸所受的作用力不断发生变化。因此,要想真实模拟装载机的动态特性需要将AMESim和ADAMS进行联合仿真。 本论文利用AMESim仿真软件建立装载机工作装置负载敏感液压系统及其各主要液压元件的仿真模型。分析各主要液压元件的建模依据,对各主要液压元件进行静动态特性分析,并将仿真结果与各主要液压元件样本提供的静动态特性进行对比,验证各主要液压元件仿真模型建立的正确性。 (5)利用ADAMS仿真软件对装载机工作装置进行动力学仿真分析。首先,测量856Ⅲ轮式装载机工作装置的尺寸,利用三维建模软件PRO/E建立装载机各零部件的三维模型并根据实际连接情况进行装配。其次,利用MECH/Pro将装配好的装载机三维模型导入到动力学仿真软件ADAMS中,并添加约束和负载,以便对装载机的动臂液压缸和铲斗液压缸在一个标准工作循环过程中的受力情况进行接近实际的仿真分析。 (6)以装载机工作装置液压系统的AMESim仿真模型为主体,将建好的ADAMS动力学仿真模型导入到AMESim仿真模型中,然后建立装载机工作装置现行液压系统和负载敏感液压系统的联合仿真模型。通过仿真分析装载机工作装置负载敏感液压系统在一个标准工作过程中主要参数的变化,并对比分析装载机工作装置现行液压系统和负载敏感液压系统在一个标准工作循环过程中的功率损失。最后通过将仿真结果与理论计算结果对比,验证联合仿真模型建立的正确性。结果证明:装载机工作装置负载敏感液压系统能够根据负载的需求提供泵的输出压力和流量,液压系统不会出现溢流损失和中位卸荷损失,只存在少量的节流损失,比较节能。 【关键词】：装载机 负荷敏感 功率键合图 联合仿真 能耗分析
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH243
【目录】：

• 中文摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题提出的背景和意义11-12
• 1.2 装载机液压系统节能研究的发展现状及趋势12-13
• 1.2.1 国外的发展现状及趋势12
• 1.2.2 国内的发展现状及趋势12-13
• 1.3 工程机械液压系统仿真技术概述13-14
• 1.3.1 仿真技术产生的背景13
• 1.3.2 仿真技术的发展现状及趋势13
• 1.3.3 联合仿真技术的关键点和难点13-14
• 1.4 本文研究的主要内容及创新点14-16
• 1.4.1 本文研究的主要内容14-15
• 1.4.2 本文的创新点15-16
• 第二章 装载机工作装置现行液压系统介绍及能量损失分析16-26
• 2.1 装载机工作装置液压系统分析16-17
• 2.2 装载机工作装置液压系统在不同工况下的能量损失分析17-21
• 2.2.1 装载机工作装置外载荷的确定17-18
• 2.2.2 工况分析18-19
• 2.2.3 不同工况下功率损失计算19-21
• 2.3 装载机工作装置液压系统能量损失的主要原因及节能控制技术21-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 装载机工作装置负载敏感液压系统的设计26-35
• 3.1 设计任务26
• 3.2 液压缸作用力的确定26-27
• 3.3 液压系统主要参数的确定27-29
• 3.3.1 系统压力的确定27
• 3.3.2 液压缸内径的确定27-28
• 3.3.3 液压缸流量的确定28
• 3.3.4 液压缸工作压力的确定28
• 3.3.5 液压泵额定流量的确定28
• 3.3.6 液压泵工作压力的确定28-29
• 3.3.7 液压泵功率的确定29
• 3.4 拟定液压系统原理图29-30
• 3.5 主要液压元件的选择30-33
• 3.5.1 负载敏感变量泵30-33
• 3.5.2 负载敏感多路阀33
• 3.6 本章小结33-35
• 第四章 装载机工作装置负载敏感液压系统的建模35-55
• 4.1 装载机工作装置负载敏感液压系统的分析与数学模型的建立35-43
• 4.1.1 功率键合图法简介35-36
• 4.1.2 装载机工作装置负载敏感液压系统数学模型的建立36-43
• 4.2 装载机工作装置负载敏感液压系统 AMESim 仿真模型的建立43-54
• 4.2.1 仿真软件AMESim 简介43-44
• 4.2.2 负载敏感变量泵 AMESim 仿真模型的建立44-50
• 4.2.3 多路换向阀仿真模型的分析与建立50-51
• 4.2.4 液压缸仿真模型的建立51-53
• 4.2.5 负载敏感液压系统 AMESim 仿真模型的建立53-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第五章 装载机工作装置动力学分析及联合仿真模型建立55-67
• 5.1 基于 ADAMS 平台的装载机工作装置动力学建模55-60
• 5.1.1 PRO/E 三维模型的建立56-57
• 5.1.2 ADAMS 动力学仿真模型的建立57-60
• 5.2 AMESim 与 ADAMS 联合仿真60-65
• 5.2.1 联合仿真简介60-61
• 5.2.2 联合仿真接口的建立61-65
• 5.3 装载机工作装置负载敏感液压系统联合仿真模型的建立65
• 5.4 装载机工作装置现行液压系统联合仿真模型的建立65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 装载机不同工况下联合仿真研究及能耗分析67-79
• 6.1 装载机工作装置负载敏感液压系仿真研究67-73
• 6.2 负荷传感液压系统与现行液压系统能耗比较73-75
• 6.3 仿真结果与理论计算对比分析75-78
• 6.4 本章小结78-79
• 第七章 总结与展望79-81
• 7.1 论文总结79-80
• 7.2 工作展望80-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-87
• 攻读硕士期间所发表的学术论文目录87-88

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