液压挖掘机负荷传感系统的仿真研究及节能分析

【摘要】： 液压挖掘机是一种功能典型、工况复杂、用途非常广泛的工程机械,由于全球能源危机及对排放标准要求的提高,液压挖掘机的节能研究已成为一个非常迫切、具有发展前景的课题。本文从液压泵与负载匹配的角度出发,以挖掘机负荷传感节能系统为研究对象,重点研究分析挖掘机的节能性与操控性,主要工作如下: 1)综述了液压挖掘机节能控制的意义,分析、比较了国内外挖掘机各种节能系统的特点,在总结前人工作的基础上,结合现有条件,设计了一套具有方便获取操纵信息和易于控制等优点的液压挖掘机负荷传感节能系统。 2)分析了挖掘机负荷传感液压系统各主要元件的内部构造原理及建模依据,建立了负荷传感液压系统的AMESim仿真模型,利用模型对负荷传感液压系统进行了仿真研究,结果表明负荷传感系统实现了泵和负载的压力、流量匹配,具有良好的节能效果及操作特性。 3)对挖掘机工作装置进行运动学分析和动力学分析,确定了各执行器状态(液压缸长度及马达转角)与挖掘机各工作装置中关节转角之间的关系以及外负载与系统压力之间的关系,建立了挖掘机工作装置的AMESim仿真模型。 4)同时考虑了负荷传感液压系统模型及工作装置力学模型,建立了负荷传感液压挖掘机整机模型,并对挖掘机挖掘工作过程进行模拟仿真研究,结果表明负荷传感系统较传统的定量节流系统及负流量系统能量利用率更高、操纵特性更好。 5)采用电子流量分配及电子压力补偿技术对负荷传感系统进行了改进,设计了电液负荷传感系统,通过仿真对比了两种系统的节能效果及操纵特性,仿真结果验证了电液负荷传感系统的节能效果及操纵特性更好。 6)搭建了挖掘机负荷传感液压系统实验平台,对负荷传感液压系统节能效果与操作特性进行了实验分析,验证了负荷传感系统具有良好的节能效果及操纵特性。 【关键词】：液压挖掘机 负荷传感 整机建模 仿真 节能
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TU621
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题提出背景及意义9-10
• 1.2 液压挖掘机的基本组成10-12
• 1.2.1 液压挖掘机的基本组成11
• 1.2.2 液压挖掘机的主要工况特点11-12
• 1.3 计算机仿真技术在工程机械上的应用概况12-13
• 1.3.1 国外应用状况12-13
• 1.3.2 国内应用状况13
• 1.4 国内外液压挖掘机节能研究发展概况13-16
• 1.4.1 国外液压挖掘机节能研究概况14-15
• 1.4.2 国内液压挖掘机节能研究概况15-16
• 1.5 本文研究的主要内容16-18
• 第二章 液压挖掘机能量损失及负荷传感系统分析18-36
• 2.1 液压挖掘机的能量损失分析18-20
• 2.1.1 机械摩擦损失18
• 2.1.2 液压系统中的压力损失18-19
• 2.1.3 液压系统中的流量损失19-20
• 2.1.4 液压泵与负载的匹配不当而引起的能量损失20
• 2.1.5 液压泵与发动机的匹配不当而引起的能量损失20
• 2.2 液压挖掘机的液压系统分类20-22
• 2.2.1 开中心系统21
• 2.2.2 闭中心系统21-22
• 2.3 定量系统22
• 2.4 变量系统22-29
• 2.4.1 恒功率系统22-25
• 2.4.2 压力切断25
• 2.4.3 负流量控制系统25-26
• 2.4.4 正流量控制系统26-27
• 2.4.5 负荷传感控制系统27-29
• 2.5 液压挖掘机负荷传感系统的设计29-34
• 2.5.1 负荷传感系统的节能特性分析与比较30-31
• 2.5.2 液压系统原理图31-32
• 2.5.3 负载敏感液压泵32
• 2.5.4 多路阀32-34
• 2.5.5 电手柄34
• 2.6 本章小结34-36
• 第三章 液压挖掘机负荷传感系统建模36-66
• 3.1 AMESim软件介绍36-37
• 3.2 负载敏感泵分析与建模37-48
• 3.2.1 负载敏感泵基本原理38
• 3.2.2 负载敏感泵建模理论38-41
• 3.2.3 负载敏感泵的AMESim模型建立及仿真研究41-48
• 3.3 多路阀分析与建模48-52
• 3.3.1 多路阀的结构及原理48-49
• 3.3.2 多路阀模型的建立49-52
• 3.4 负荷传感液压系统的仿真分析研究52-57
• 3.4.1 单路执行器动作时的液压系统仿真研究54
• 3.4.2 两路执行器复合动作时的液压系统仿真研究54-57
• 3.5 液压挖掘机工作装置分析与建模57-64
• 3.5.1 液压挖掘机工作装置的运动学分析57-60
• 3.5.2 液压挖掘机工作装置的动力学分析60-63
• 3.5.3 液压挖掘机工作装置模型建立63-64
• 3.6 液压挖掘机整机建模64-65
• 3.7 本章小结65-66
• 第四章 挖掘机工作过程仿真研究及能耗分析66-77
• 4.1 挖掘机复合挖掘工作过程仿真研究66-68
• 4.1.1 负载模拟66-67
• 4.1.2 复合挖掘工作循环仿真研究67-68
• 4.2 负荷传感系统的节能效果分析68-71
• 4.2.1 不同挖掘方式的仿真研究与能耗分析68-70
• 4.2.2 与其它液压系统的能耗比较70-71
• 4.3 负荷传感系统的改进及仿真研究71-76
• 4.3.1 电液负荷传感系统的结构及原理71-73
• 4.3.2 电液负荷传感系统的仿真研究及特性分析73-76
• 4.4 本章小结76-77
• 第五章 实验研究77-86
• 5.1 实验目的及内容77
• 5.1.1 实验目的77
• 5.1.2 实验内容77
• 5.2 实验平台的搭建77-80
• 5.2.1 实验原理77-78
• 5.2.2 实验平台搭建78-80
• 5.3 实验步骤及其结果分析80-85
• 5.3.1 单路执行器动作实验81-83
• 5.3.2 两路执行器复合动作实验83-85
• 5.4 本章小结85-86
• 第六章 总结与展望86-88
• 参考文献88-94
• 致谢94-95
• 攻读硕士期间主要研究成果95

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