搜索
硕士学位论文挖掘机工作装置机液系统研究与挖掘工况能耗分析ResearchonExcavatorWorkingDeviceMachanical-HydraulicSystemandAnalysisofDiggingConditionsEnergyConsumption专业机械工程作者管伟导师陈欠根教授中南大学机电工程学院二零一三年五月中图分类号TU621学校代码10533UDC621密级公开硕士学位论文挖掘机工作装置机液系统研究与挖掘工况能耗分析ResearchonExcavatorWorkingDeviceMechanical-HydraulicSystemandAnalysisofDiggingConditionsEnergyConsumption作者姓名：管伟学科专业：机械工程研究方向：液压传动与控制学院（系、所）：机电工程学院指导教师：陈欠根教授论文答辩日期答辩委员会主席中南大学二零一三年五月I原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：导师签名日期：年月日II挖掘机工作装置机液系统研究与挖掘工况能耗分析摘要：液压挖掘机的节能与作业效率是衡量其性能的重要方面。在复合挖掘作业时，挖掘机存在工作装置液压系统的能耗较高和铲斗挖掘速度偏低的问题。上述问题直接影响到整机的能耗和作业效率。本文以降低液压挖掘机挖掘工况时系统能耗和提高挖掘作业效率为研究目的，以工作装置机液系统为研究对象，开展典型挖掘工况下系统的动态特性和能耗研究。论文的主要工作如下：综述了挖掘机节能意义，介绍了挖掘机上应用的典型节能控制系统，并对挖掘机工作装置阀控系统研究成果和能耗分析现状进行了概述。在详细分析液压挖掘机主泵、多路阀以及负流量控制系统的基础上，建立了负流量控制系统的数学模型。通过进行变量泵源双阀控系统的特性分析，从理论上论述了合理控制斗杆优先节流可提高挖掘过程铲斗油缸的挖掘速度。建立了工作装置运动学模型，为工作装置系统建模奠定了基础。基于AMESim平台建立了液压系统中各功能元件的仿真模型并进行了深入分析。构建了液压挖掘机工作装置机液系统仿真，并通过实测与仿真对比验证了模型的准确性。本文对挖掘机的典型挖掘工况开展了仿真研究与能耗分析，得到挖掘工况下系统动态响应与挖掘工况的能耗分布，结果表明，挖掘过程中包括斗杆优先阀在内的节流产生的能耗最大。针对斗杆优先阀产生的能耗过高和挖掘中对铲斗回路的流量限制，本文对液压系统回路中斗杆优先阀的先导控制回路进行了改进，使优先节流适应挖掘工况要求。然后，利用仿真平台对优化前后的系统性能进行了对比研究。研究表明，优化后的液压系统在挖掘工况时，优先阀口压损下降，铲斗油缸速度得到提升，实现了挖掘工况的节能。关键词：液压挖掘机；工作装置；AMESim仿真；挖掘能耗分类号：TU621IIIResearchonExcavatorWorkingDeviceMechanical-HydraulicSystemandAnalysisofDiggingConditionsEnergyConsumptionAbstract:Energy-savingandoperationalefficiencyofhydraulicexcavatorisanimportantaspecttomeasureitsperformance.Workingdeviceappearlowspeedandenergyconsumptionhydraulicsystemishighforcomplexdiggingofhydraulicexcavator.Theseproblemaffecttheenergyconsumptionandoperatingefficiencyofexcavator.Toreducetheenergyconsumptionandimprovetheefficiencyindiggingconditionforexcavator,thepapertookmedium-sizedhydraulicexcavatormechanical-hydraulicsystemastheobject,researchedondynamiccharacteristicandenergyconsumptionofthesystem.Themainresearchworkasfollows:Thearticlesummarizedconservationsignificanceofexcavatorandtypicalenergy-savingcontrolsystem.Then,giveasummaryoftheexcavatorworkingdevicevalvecontrolsystemanditsenergyconsumptionresearch.Inthispaper,Thebasicprincipleandcharacteristicsofhydraulicexcavatorpump,multi-wayvalveandnegativeflowcontrolsystemwasanalysiseddetailly.Themathematicmodelofanegativeflowcontrolsystemwascreatedbasedontheaboveanalysis.Thecompoundactioncouplingmechanismofworkingdevicewasillustratedthroughtheanalysisaboutvariablepumpsourceanddual-valvesystemcharacteristic.Then,setupworkingdevicekinematicmodel,itlaidthefoundationforwordingdevicesystemsimulationmodel.Thesimulationmodelofhydraulicsystemmajorfunctionelementwassetupandanalyzeddeeply.Thesimulationmodelofhydraulicexcavatorworkingdevicemechanical-hydraulicsystemwasbuiltup.Thenbycomparingthesimulationresultswithexperimentalresults,theaccuracyofthemodelwasverified.Basedonthemodel,thispaperstudiedthetypicaldiggingconditionofexcavatorandenergyconsumption,gottheresultaboutdynamicresponseofdigginganddistributionofthediggingenergyconsumption.ItshowsthatthrottinglosseswhichcontainpriorityvalvegeneratingandIVoverflowlossislarge.Thenthehydraulicsystemcircuitwasimprovedbasedontheaboveresultandcomparedenergyconsumptionofthesetwohydraulicsystem.Theresultshowthattheenergyconsumptionofpriorityvalvedeclinedandbucketcylinderspeedincreasedintheoptimizedhydraulicsystem.Thenewhydraulicsystemismoreenergy-saving.Keywords:hydraulicexcavator,workingdevice,AMESimsimulation,energyconsumptionofdiggingconditions.Classification:TU621V目录原创性声明......................................................I摘要...........................................................IIAbstract......................................................III目录............................................................V1绪论..........................................................11.1课题研究背景及意义..........................................11.2液压挖掘机典型节流控制系统概述..............................21.4挖掘机工作装置液压系统研究现状..............................71.5挖掘机液压系统能耗研究现状.................................101.6本文的主要研究.............................................112液压挖掘机负流量系统研究及工作装置运动学分析.................132.1挖掘机液压系统元件分析.....................................132.1.1泵控系统分析.............................................132.1.2多路换向阀简述...........................................152.1.3挖掘机负流量系统特性分析.................................182.2变量泵源双阀控系统特性分析.................................192.3挖掘机工作装置的运动学分析与其重心求解.....................232.3.1连杆坐标系转换与运动学基本方程...........................232.3.2运动学正解...............................................252.3.3运动学逆解...............................................262.3.4工作装置重心求解.........................................282.4本章小结...................................................293液压挖掘机工作装置机液系统建模...............................313.1AMESim仿真概述....................................