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挖掘機(jī)液壓控制系統(tǒng)分析并用simulink仿真
摘 要
回轉(zhuǎn)系統(tǒng)是液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)中的一部分，對(duì)于小型液壓挖掘機(jī)，由于其質(zhì)量和負(fù)載質(zhì)量的提高，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)具有大慣性負(fù)載系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)啟動(dòng)和制動(dòng)特性等特點(diǎn)，提高了復(fù)合作用和回轉(zhuǎn)臂的協(xié)調(diào)性差。所以它的性能的好與不好將直接影響著挖掘機(jī)的機(jī)能。為全面的挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)的目的，從回轉(zhuǎn)系統(tǒng)啟動(dòng)特性的理論分析，在回轉(zhuǎn)制動(dòng)溢流系統(tǒng)，機(jī)器在三個(gè)方面提升復(fù)合動(dòng)作手臂的協(xié)調(diào)?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)仿真與改進(jìn)系統(tǒng)。結(jié)果表明，改進(jìn)后的系統(tǒng)具有較好的回轉(zhuǎn)緩沖效果。緩沖效果有利于提高所有液壓系統(tǒng)的可靠性。
總結(jié)了液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)的一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律，建立非全周開口的閥控回轉(zhuǎn)馬達(dá)的圖與傳遞函數(shù);對(duì)液壓回路的理論分析表明，臂架轉(zhuǎn)動(dòng)與吊臂的差異是回轉(zhuǎn)的原因回路和動(dòng)臂回路之間存在著耦合關(guān)系。
利用液壓仿真軟件Simulink建立仿真模型，把仿真結(jié)果與改進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，考證仿真模型的正確性。對(duì)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的平衡閥，溢流閥，液壓馬達(dá)，液壓油泵進(jìn)行模擬建模仿真。由輸出仿真曲線分析得出:優(yōu)化設(shè)計(jì)前后的回路的液壓系統(tǒng)影響規(guī)律，是否得到了比較好的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)緩沖結(jié)果。效果好的同時(shí)對(duì)于提升全部回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)可靠性的特性。
關(guān)鍵詞:液壓挖掘機(jī)；回轉(zhuǎn)系統(tǒng)；平穩(wěn)性；simulink
ABSTRACT
The rotary system is an important part of system of excavator hydraulic system of hydraulic excavator for small, due to its quality and improve the quality of load, rotating systems with large inertia load system, rotary system starting and braking characteristics, improve the coordination compound and rotary arm difference. So it's performance good or bad will directly affect the function of the excavator hydraulic excavator system. For the purpose of comprehensive analysis of the excavator, from the starting characteristics of rotary system theory in slewing brake overflow system, machine coordination in three aspects to enhance the composite movement of the arm. The simulation and improvement of the system of rotary system. The results show that the system improved after having rotary good cushioning effect. The buffering effect is beneficial to improve the reliability of hydraulic system.
Summarizes the general regularity of slewing platform of hydraulic excavator, a non-circular opening of the valve control of rotary motor diagram and the transfer function of the hydraulic circuit; the theoretical analysis shows that the differences between the arm rotation and the boom is a coupling relationship between the rotary reason and boom loop circuit.
To establish the simulation model using Simulink hydraulic simulation software. The simulation results were compared with the improvement of the system, verify the simulation model. The system of the rotary balance valve, relief valve, hydraulic motor, hydraulic pump simulation modeling and simulation. The simulation curve obtained by the output: influence of hydraulic system optimization design before and after the loop. Whether the rotary buffer relatively good results. At the same time to enhance the effect of all characteristics of slewing hydraulic system reliability.
Key words: hydraulic excavator, rotary system, stability, simulink
目 錄
1 緒論 1
1.1 挖掘機(jī)簡(jiǎn)介 1
1.2 液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2
1.3 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的概述 2
1.3.1 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作原理 3
1.3.2 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的典型操作條件 3
1.3.3 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)平穩(wěn)性 4
1.4 本論文研究?jī)?nèi)容 4
2 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)分析 5
2.1 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀 6
2.2 液壓系統(tǒng)原理圖 7
2.3 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)分析 7
2.3.1 回轉(zhuǎn)液壓回路分析 7
3 挖掘機(jī)中的液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的特性 9
3.1 挖掘機(jī)液壓回轉(zhuǎn)一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律 9
3.2 閥控回轉(zhuǎn)馬達(dá)特性分析 10
3.3 回轉(zhuǎn)與動(dòng)臂液壓系統(tǒng)特性 12
4 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)控制的仿真 14
4.1 液壓系統(tǒng)仿真模塊建立 14
4.1.1 液壓油泵模塊 15
4.1.2 液壓馬達(dá)模塊 16
4.1.3 溢流閥模塊 16
4.1.4 平衡閥模塊 17
4.2 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)仿真模型建立 18
4.3 仿真圖得出的結(jié)論 22
結(jié)論 23
參考文獻(xiàn) 24
致謝 25
2017年 畢業(yè)答辯 《挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)分析與 機(jī)械工程 13韓天民 完成步驟 1 2 3 4 5 6 1 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)在挖掘機(jī)典型作業(yè)循環(huán)中起重要作用，回轉(zhuǎn)與動(dòng)臂復(fù)合動(dòng)作頻率高、時(shí)間長(zhǎng)，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與動(dòng)臂系統(tǒng)復(fù)合動(dòng)作的協(xié)調(diào)性對(duì)挖掘機(jī)整機(jī)工作效率和作業(yè)性能起決定性作用。因此，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作性能不僅包括回轉(zhuǎn)系統(tǒng)單動(dòng)作性能還包括回轉(zhuǎn)與動(dòng)臂復(fù)合動(dòng)作協(xié)調(diào)性。 雖然挖掘機(jī)實(shí)際工作過(guò)程中，單獨(dú)回轉(zhuǎn)動(dòng)作不多，但單獨(dú)回轉(zhuǎn)動(dòng)作回轉(zhuǎn)系統(tǒng)性能是挖掘機(jī)出廠測(cè)試的重要指標(biāo)，且回轉(zhuǎn)系統(tǒng)單動(dòng)作的性能是提高回轉(zhuǎn)與動(dòng)臂舉升復(fù)合動(dòng)作協(xié)調(diào)性的基礎(chǔ) 2 3 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)時(shí)間約占整個(gè)工作循環(huán)時(shí)間的 50%能量消耗占 25 % - 40%?；剞D(zhuǎn)液壓油路的發(fā)熱約占液壓系統(tǒng)總發(fā)熱量的 30%因此 : 提高生產(chǎn)率和功率利用率，改善司機(jī)的勞動(dòng)條件，減少工作裝置的沖擊等具有十分重要的意義。 4 液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)由于上車轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大 ， 在啟動(dòng) 、 制動(dòng)和突然換向時(shí)會(huì)引起很大的液壓沖擊 。 尤其是回轉(zhuǎn)過(guò)程中遇到障礙突然停車 。 液壓沖擊會(huì)使整個(gè)液壓系統(tǒng)和元件產(chǎn)生振動(dòng)和噪音 ， 甚至破壞 。 因此挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)常采用特殊回路來(lái)保證安全 ，保護(hù)元件 4 它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模 、 仿真和綜合分析的集成環(huán)境 。在該環(huán)境中 ， 無(wú)需大量書寫程序 ，而只需要通過(guò)的鼠標(biāo)操作 ， 就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng) 。 結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì) 、 貼近實(shí)際 、 效率高 、靈活等優(yōu)點(diǎn) ， 并基于以上優(yōu)點(diǎn) 同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于 4 壓力流量轉(zhuǎn)換模塊 ? ?? 壓油泵仿真模型 ?4 液壓油缸仿真模型 ????????????? ?(14 平衡閥仿真模型 4 溢流閥仿真模型 4 4 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)仿真模型 4 改進(jìn)后的回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)仿真模型 4 2個(gè)液壓回路進(jìn)油路的設(shè)計(jì)相同，因此節(jié)點(diǎn) 1和節(jié)點(diǎn) 3的壓力曲線基本一致，而回油路上節(jié)點(diǎn) 2和節(jié)點(diǎn) 4的壓力曲線相比較，可看出，節(jié)點(diǎn) 2壓力峰值為 1. 4，節(jié)點(diǎn) 4壓力峰值為 1. 3。節(jié)點(diǎn) 4處壓力波動(dòng)較大，節(jié)點(diǎn) 2處壓力波動(dòng)較小，過(guò)渡較為平穩(wěn)。改進(jìn)后的液壓回路，在緩沖效果上比原回轉(zhuǎn)回路更加突出，壓力較小，則對(duì)油路以及各元件的壓力也越小，說(shuō)明改進(jìn)后的液壓回路設(shè)計(jì)正確，達(dá)到了更好的回轉(zhuǎn)緩沖效果。緩沖效果好因此還可以提高整體回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的可靠性。 5 1. 由于挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性和回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)本身所具有的非線性特性，對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)細(xì)節(jié)都進(jìn)行精確建模是不可行的，其結(jié)果會(huì)使模型過(guò)于復(fù)雜，從而引起系統(tǒng)狀態(tài)方程組求解困難。 于動(dòng)態(tài)性能對(duì)系統(tǒng)的影響很小，建模時(shí)因?yàn)閷?duì)其進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化和忽略不計(jì)。所以會(huì)存在一定的誤差。 6 點(diǎn)了解了回轉(zhuǎn)液壓控制系統(tǒng)，從理論分析、建模仿真對(duì)液壓系統(tǒng)的兩種模型進(jìn)行了詳細(xì)的比較。 用 果在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)建立好完善的整機(jī)模型，無(wú)論是對(duì)液壓挖掘機(jī)的各種計(jì)算都有重要的實(shí)際意義。 3. 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，輔導(dǎo)老師給了我很大的幫助，使我對(duì) 謝各位老師批評(píng)指導(dǎo) 學(xué)生學(xué)號(hào)： 20132008007 2 0 1 7 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)分析與 真 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械工程 (礦山機(jī)電） 班 級(jí)： 機(jī)械工程 13 指導(dǎo)教師： 陳立新 學(xué) 生： 韓天民 完成時(shí)間： 2017 年 5 月 25 日 內(nèi)容： 1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 2、指導(dǎo)記錄、中期檢查 表、答辯記錄 3、 配圖 4、 制圖 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 答辯記錄表 學(xué)院： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)： 機(jī)械 工程（礦山機(jī)電） 班級(jí)：機(jī)械 13文題目： 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)分析與 真 學(xué)號(hào)： 20132008007 姓名： 韓天民 指導(dǎo)教師： 陳立新 職稱： 講師 答辯 小組 名單： 烏日開西，海幾哲，陳坤，伊里哈木，章翔峰 答辯 記錄 ： 1． 你的節(jié)點(diǎn)怎么選擇的 ？（陳 坤 老師提問） 答： 在輸入油路與輸出油路選取節(jié)點(diǎn) 。 2. 你的仿真結(jié)果說(shuō)明了什么 ？（ 烏日開西 老師提問） 答： 通過(guò)對(duì)比兩個(gè)輸出的曲線比較，改進(jìn)后 的液壓回路，在緩沖效果上比原回轉(zhuǎn)回路更加突出，壓力較小，則對(duì)油路以及各元件的壓力也越小，說(shuō)明改進(jìn)后的液壓回路設(shè)計(jì)正確，達(dá)到了更好的回轉(zhuǎn)緩沖效果。緩沖效果好因此還可以提高整體回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的可靠性 。 3. 改進(jìn)系統(tǒng)改進(jìn)了什么 ？（ 伊里哈木 老師提問） 答： 對(duì)系統(tǒng)的輸入輸出油路進(jìn)行了改變，改變了溢流閥的位置 。 4. 圖中的小園點(diǎn)代表什么 ？（ 陳坤 老師提問） 答： 代表安全閥 。 答辯時(shí)間 ： 2012 年 6 月 4 日 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 題 目 : 挖掘機(jī)液壓控制系統(tǒng)分析并用 真 指導(dǎo)老師 : 陳立新 學(xué)生姓名： 韓天民 所屬院系： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī) 械工程 （礦山機(jī)電） 班 級(jí) ： 機(jī)械 13 完成日期 ： 2017 年 5 月 25 日 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 聲 明 我鄭重聲明：在畢業(yè)設(shè)計(jì)中嚴(yán)格遵守學(xué)校的 相 關(guān)規(guī)定，我 所完成的 畢業(yè)設(shè)計(jì)是在陳 立新 老師的指導(dǎo)下，自主 設(shè)計(jì) 、撰寫的 論文 ；在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)中不 復(fù)制 、抄襲他人的學(xué)術(shù)思想和成果。 不 偽造設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。遵守學(xué)術(shù)規(guī)范 ， 如果設(shè)計(jì)和信息不真實(shí)，我愿意承擔(dān)全部責(zé)任。 學(xué)生簽名： 2017年 5 月 25日 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 新 疆 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 班 級(jí)： 機(jī)械工程 13 姓 名： 韓天民 論文（設(shè)計(jì)）題目： 挖掘機(jī)液壓控制系統(tǒng)分析并用 專 題： 要求完成的內(nèi)容： 1、 通過(guò)對(duì)挖掘機(jī)的工作機(jī)構(gòu)分析合理的簡(jiǎn)化建 立回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 ； 2、 利用 統(tǒng)模型并進(jìn)行仿真 ； 3、 編寫 完成設(shè)計(jì) 計(jì)算 說(shuō)明書一份； 發(fā)題日期： 年 月 日 完成日期： 年 月 日 實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)單位： 地點(diǎn)： 論文頁(yè)數(shù)： 頁(yè)； 圖紙張數(shù)： 指導(dǎo)教師 ： 教研室主任 ： 院 長(zhǎng) ： 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） I 摘 要 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)是液壓挖掘機(jī) 液壓系統(tǒng) 的重要子系統(tǒng) 中的一部分 ，對(duì)于小型液壓挖掘機(jī)，由于其質(zhì)量和負(fù)載質(zhì)量的提高， 回 轉(zhuǎn)系統(tǒng)具有大慣性負(fù)載系統(tǒng)、 回 轉(zhuǎn)系統(tǒng)啟動(dòng)和制動(dòng)特性等特點(diǎn)，提高了復(fù)合作用和 回 轉(zhuǎn)臂的協(xié)調(diào)性差。 所以它的性 能的好 與不好將 直接影響 著 挖掘機(jī)的 機(jī) 能。為全面的 挖掘機(jī) 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)的目的，從 回 轉(zhuǎn)系統(tǒng)啟動(dòng)特性的理論分析，在回轉(zhuǎn)制動(dòng)溢流系統(tǒng)， 機(jī)器 在三個(gè)方面提升復(fù)合動(dòng)作手臂的協(xié)調(diào)。 回 轉(zhuǎn)系統(tǒng)仿真與改進(jìn)系統(tǒng)。結(jié)果表明，改進(jìn)后的系統(tǒng)具有較好的 回 轉(zhuǎn)緩沖效果。緩沖效果有利于提高所有液壓系統(tǒng)的可靠性。 總結(jié)了液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)的一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律，建立非全周開口的閥控回轉(zhuǎn)馬達(dá)的圖與傳遞函數(shù) ;對(duì)液壓回路的理論分析表明，臂架轉(zhuǎn)動(dòng)與吊臂的差異是 回 轉(zhuǎn)的原因回路和動(dòng)臂回路之間存在著耦合關(guān)系。 利用液壓仿真軟件 立仿真模型，把仿真結(jié)果與改進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，考證仿真模型的正確性。對(duì)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的平衡閥，溢流閥，液壓馬達(dá)，液壓油泵進(jìn)行模擬建模仿真。由輸出仿真曲線分析得出 :優(yōu)化設(shè)計(jì) 前 后的 回路的液壓系統(tǒng)影響規(guī)律 ， 是否得到 了 比較好 的回轉(zhuǎn) 系統(tǒng) 緩沖 結(jié)果 。效果好 的 同時(shí)對(duì) 于 提 升全部 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)可靠性 的特性 。 關(guān)鍵詞 :液壓挖掘機(jī)；回轉(zhuǎn)系統(tǒng)；平穩(wěn)性； 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） he is an of of of to of So it's or of of of of in in to of of of is to of of of a of of of is a To of of by of At to of of 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 錄 1 緒論 ...................................................................... 1 掘機(jī)簡(jiǎn)介 ........................................................... 1 壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ......................................................... 2 壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的概述 ............................................. 2 轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作原理 ............................................. 3 轉(zhuǎn)系統(tǒng)的典型操作條件 ......................................... 3 轉(zhuǎn)系統(tǒng)平穩(wěn)性 ................................................. 4 論文研究?jī)?nèi)容 ....................................................... 4 2 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)分析 ........................................................... 5 轉(zhuǎn)系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀 ......................................... 6 壓系統(tǒng)原理圖 ....................................................... 7 掘機(jī)液壓系統(tǒng)分析 ................................................... 7 轉(zhuǎn)液壓回路分析 ............................................... 7 3 挖掘機(jī)中的液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的特性 ............................................... 9 掘機(jī)液壓回轉(zhuǎn)一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ........................................... 9 控回轉(zhuǎn)馬達(dá)特性分析 ................................................ 10 轉(zhuǎn)與動(dòng)臂液壓系統(tǒng)特性 .............................................. 12 4 回轉(zhuǎn) 液壓系統(tǒng)控制的仿真 .................................................... 14 壓系統(tǒng)仿真模塊建立 ................................................ 14 壓油泵模塊 .................................................. 15 壓馬達(dá)模塊 .................................................. 16 流閥模塊 .................................................... 16 衡閥模塊 .................................................... 17 轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)仿真模型建立 ............................................ 18 真圖得出的結(jié)論 .................................................... 22 結(jié)論 ....................................................................... 23 參考文獻(xiàn) .................................................................... 24 致謝 ....................................................................... 25 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 1 緒論 掘機(jī)簡(jiǎn)介 挖掘機(jī)主要用于城市，狹窄的土地，而不是人力和勞動(dòng)力。主要工作是挖掘、裝載基礎(chǔ)設(shè)施、吊裝，用于城市的管道道路、工程、住宅建筑、和景觀 施工 等。小型挖掘機(jī)具有體積小，靈活的優(yōu)勢(shì)，往往一機(jī)可 參 與各種設(shè)備的工作，除了鏟鏟，還配備了起重機(jī)、抓斗、鏟斗、平坡、耙、沖擊鏟、容器叉架、拖航，滿足各種工程需要。同時(shí)，研制開發(fā)了專業(yè)化的挖掘機(jī)，如 壓力很低 、 聲音很小 、水陸 兩棲 的 挖掘機(jī) 械 等?？傊?，它是一種 有著很多 用途的 萬(wàn)能 城市 建造 機(jī) 器 。由于機(jī)器的特性非常接近人們， 因此 ,除了設(shè)計(jì)要求的耐用性 ,可靠性和效率 ,還需要考慮人與機(jī)器、環(huán)境之間的和諧，并特別注意以下幾點(diǎn) [1]： 1安全碰撞，不與周圍的機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中抗傾覆穩(wěn)定性。 2低污染即 工作 要求，低振動(dòng)，低噪音，聲音更悅耳。 3和周圍的環(huán)境可以調(diào)和，形象應(yīng)該是美麗的，形式和顏色不造成人們感到不 高興，有一種親和力。 4盡可能擴(kuò)大其使用功能，可以安裝各種輔助設(shè)備，應(yīng)成為城市的通用工程機(jī)械。 5操作簡(jiǎn)單，任何人都可以學(xué)習(xí)。 挖掘機(jī)具有多項(xiàng)功能，而且還具有便捷的交通優(yōu)勢(shì)，能耗低、靈活性、適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于施工現(xiàn)場(chǎng)和 工作環(huán)境 狹 小的地方 ， 工作環(huán)境小 、 價(jià) 錢不高 ，重量輕，維修方便等 ， 如小型土方工程、市政工程、道路養(yǎng)護(hù)、混凝土破碎、電纜敷設(shè)、管道敷設(shè)、水上花園栽培在工程中被廣泛應(yīng)用。由于基礎(chǔ)開采 、準(zhǔn)備、裝載、吊裝等功能，必須考慮到工作空間小、地形復(fù)雜、操作方便、可控，對(duì)挖掘機(jī)的市場(chǎng)性能要求如下 [2]： 1改進(jìn)挖掘機(jī)可控性和控制精度和復(fù)合作用。 2簡(jiǎn)化液壓 工作 系統(tǒng)， 減少資金消耗 ， 能 實(shí)現(xiàn)大批量工作和低油耗動(dòng)態(tài) 的 平衡。 3改進(jìn)工作可靠性。 4提高駕駛舒適度， 能夠極大地降低 勞動(dòng) 的 強(qiáng)度，提高單位生產(chǎn)率。 5改進(jìn)操作安全性。 6振動(dòng)的幅度比較低、聲音比較小，適用于人們生活的地方挖掘。 同時(shí)，挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)原則是保證設(shè)備能在狹窄、復(fù)雜的區(qū)域高效施工。由于 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 使用環(huán)境的特殊要求，它必須具有起重機(jī)的優(yōu)良操作特性 和運(yùn)行特性 ，這與大中 型挖掘機(jī)不同。中國(guó)小型挖掘機(jī)市場(chǎng)（低于 13 噸機(jī)重量）在中國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)在過(guò)去的十年中，關(guān)鍵配套液壓件和國(guó)內(nèi)其它先天性缺陷， 導(dǎo)致大型挖掘機(jī)市場(chǎng)在 韓國(guó)和美國(guó) ,美國(guó)和歐洲等外國(guó)公司瓜分超過(guò) 90%的份額。經(jīng)過(guò)十年的努力 ,國(guó)內(nèi)企業(yè)重拾近 27%的份額 ,特別是大型和小型液壓挖掘機(jī) ,近兩年來(lái)一直是重大升級(jí)。 中國(guó)的小型挖掘機(jī)市場(chǎng)似乎已經(jīng)看到了中國(guó)的曙光，是恢復(fù)和擴(kuò)大國(guó)內(nèi)小挖市場(chǎng)。小的國(guó)內(nèi)制造企業(yè)正在削減很少超過(guò) 60%，這不能不說(shuō)這是行業(yè)的大發(fā)展，有很多年銷售額超過(guò) 千臺(tái) 的企業(yè) [3]。 壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 液壓系統(tǒng)是負(fù)載與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的中間環(huán)節(jié)，由于機(jī) 器 一直 在 做 分 合 的運(yùn)動(dòng) ，而且液壓泵的流量 十分 有限 制 ， 分 合動(dòng) 作的 時(shí) 候 ，運(yùn)動(dòng)的流量 的 要求液壓泵的流量 不足以滿足同時(shí)的動(dòng)作 。因此，現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)必須首先 要 解決系統(tǒng)的流量 分給的 問題，同時(shí)要求節(jié)能 能源 ，降低能耗。 液壓 小型 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng) 中 由動(dòng)力元件（ 油 壓 的 泵、執(zhí)行 的 器 件 ）（液壓馬達(dá)、液壓缸）、控制元件（多路閥）和輔助設(shè)備（冷卻器、過(guò)濾器油）按照一定的方法結(jié)合起來(lái)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能，以油為介質(zhì)的功率元件為液壓能，然后分為機(jī)械能實(shí)施后，各類運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。 因?yàn)?液壓系統(tǒng)的 職能 是傳 達(dá) 和分 派能源 來(lái)把 控機(jī) 器 ，它是液壓挖掘機(jī)的 重要 部件。 80 年的 早 期 時(shí)候 ，挖掘機(jī)開始 結(jié)合 機(jī)電 的 一體化技術(shù)，機(jī)電一體化是考慮燃料的緩解和提 升 液壓挖掘機(jī)和消耗，工作效率因此提高第一，開始改為變量泵定量泵，近 80 年來(lái)，液壓系統(tǒng)已經(jīng)形成了比較成熟的階段，這一時(shí)期的主要目的是提高液壓傳動(dòng)的節(jié)能、工作效率 ， 在 外國(guó)的時(shí)候 ,80年之前液壓挖掘機(jī)主要應(yīng)用的都是定量泵 [4]。 液壓傳動(dòng)不僅關(guān)系到液壓元件的能量損失和控制方式 ,還關(guān)系到系統(tǒng)的類別。能量損失有時(shí)是由系統(tǒng)本身元素的損失引起的 器 件固有的。通過(guò) 闡明 液壓系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)，充分認(rèn)識(shí)和了解節(jié)能技術(shù)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)?？刂谱兞课灰?[5]。根據(jù)油循環(huán)情況，可分為 分 開式 的 和閉式 的 系統(tǒng)。由于封閉系統(tǒng)的缺點(diǎn) ， 其關(guān)鍵是每一個(gè)負(fù)載必須由單一的泵源驅(qū)動(dòng) ,不能滿足多負(fù)載同時(shí)動(dòng)作的要求。與此相反 ,開放式系統(tǒng)被廣泛使用 ,因?yàn)樗梢詽M足多負(fù)載驅(qū)動(dòng)的要求。在開放式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 ,液壓系統(tǒng)有多種形式和分類 ,可以從不同的角度進(jìn)行分類。 也 可以從不同的角度進(jìn)行 區(qū) 分。該系統(tǒng)可分為定量系統(tǒng)和變量系統(tǒng)，可與系統(tǒng)中心液壓泵的流 量分離。目前，它在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。下面具體分析和比較這兩個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)。 壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的概述 小型液壓挖掘機(jī)的構(gòu)造是由回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、行走結(jié)構(gòu)、工作結(jié)構(gòu)三大部分主要構(gòu) 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 成的。其中， 工作結(jié)構(gòu)包括活動(dòng)臂、 斗桿和斗。液壓挖掘機(jī) 器的 駕駛 屋 、油箱和工作結(jié)構(gòu)等構(gòu)造均凝聚在回轉(zhuǎn)的工作臺(tái)上面。 轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作原理 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)由 回 轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)和 回 轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)裝置組成回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)一般 回轉(zhuǎn) 閥控馬達(dá)系統(tǒng) [6]。 液壓挖掘機(jī)的駕駛室、工作結(jié)構(gòu)和油箱與 回 轉(zhuǎn)平臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)。圖 1壓系統(tǒng) 回轉(zhuǎn) 的工作原理。 圖 轉(zhuǎn)的系統(tǒng)工作示意圖 回轉(zhuǎn) 打開 時(shí)，換向閥打開。 液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)高壓油把電機(jī)通過(guò)行星齒輪減速電機(jī)將電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的 回 轉(zhuǎn)支座約束，外環(huán)的摩擦力矩、阻力和 回 轉(zhuǎn)平臺(tái)的其他性能加速，使轉(zhuǎn)臺(tái) 回 轉(zhuǎn)到一個(gè)很好的位置，當(dāng) 回 轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)， 回 轉(zhuǎn)閥關(guān)閉，液壓系統(tǒng)輸出制動(dòng)力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制 回 轉(zhuǎn)平臺(tái)的減速和制動(dòng)。 轉(zhuǎn)系統(tǒng)的典型操作條件 挖掘機(jī)的 液壓系統(tǒng) 工作過(guò)程 中由 以下幾 種主要的 間歇 運(yùn)動(dòng)構(gòu)成 ：轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)和吊臂升降 ,斗桿外折，桶外拉，整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，其它輔助動(dòng)作 中，挖掘機(jī)需要 常 做復(fù)合動(dòng)作 [7]。圖 1 圖 1壓挖掘機(jī)的工作循環(huán) 由圖 1一 2可知，挖掘機(jī)的工作循環(huán)包括鏟斗斗桿反復(fù)動(dòng)作、 全提吊桶，斗卸斗，倒吊桶空。其中， 回 轉(zhuǎn)系統(tǒng)加入的工作條件包括：全桶提升 回轉(zhuǎn) 和空桶返回。全斗開式回轉(zhuǎn)工作狀態(tài)主要是指挖掘工作條件完成后，液壓挖掘機(jī)臂液壓缸將移動(dòng)臂同時(shí)，回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)將轉(zhuǎn)向平臺(tái)翻轉(zhuǎn)到卸料位置。此時(shí)，主旋轉(zhuǎn)和復(fù)合運(yùn)動(dòng)的手臂，空桶返回到操作條件，完成挖掘機(jī)卸載后，轉(zhuǎn)向反向旋轉(zhuǎn)，而液壓缸臂使桶回到原來(lái)的地方。 有時(shí)為了保證空斗進(jìn)入新的挖掘位置 ,還用鏟斗和臂配合液壓缸動(dòng)作。 所以 ，空 爪 狀態(tài)主要是手臂的旋轉(zhuǎn)和復(fù)合運(yùn)動(dòng) 。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 由上可以知道，回轉(zhuǎn)系統(tǒng) 在實(shí)際的工作過(guò)程中主要是配合手臂的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，以及手臂的旋轉(zhuǎn)和復(fù)合運(yùn)動(dòng)的次數(shù) 。 在挖掘機(jī)的全部工作循環(huán)中占了很大時(shí)間比例。 轉(zhuǎn)系統(tǒng)平穩(wěn)性 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性決定了回轉(zhuǎn)電機(jī)和液壓元件的壽命舒適和安全感造成了嚴(yán)重的影響；因此，在二十世紀(jì) 80年代末，國(guó)內(nèi)外學(xué)者及國(guó)外工程機(jī)械公司開始制動(dòng)過(guò)程的穩(wěn)定性，回轉(zhuǎn)起動(dòng)和負(fù)荷大慣性 [8]。 論文研究?jī)?nèi)容 本文以挖掘機(jī)樣機(jī)為來(lái)源根基 ,對(duì)小型液壓挖掘機(jī)中的回轉(zhuǎn)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。從本文內(nèi)容來(lái)看 ,第二章針對(duì)于挖掘機(jī)樣機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析。第三章針對(duì)目前小型液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)特性進(jìn)行分析。第四章為系統(tǒng)建模仿真 ,以挖掘機(jī)中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真 ,基于 真軟件在系統(tǒng)寫入的數(shù)據(jù)相同狀況下進(jìn)行兩種系統(tǒng)的對(duì)比分析得出結(jié)論。 綜上所述 ,本文的主要目的是比較兩個(gè)系統(tǒng)的性能與實(shí)際的模擬曲線，并與理論分析的仿真結(jié)果進(jìn)行比較。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 2 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)分析 液壓挖掘機(jī)的主要部件是工作 的 裝置 配件 、回轉(zhuǎn) 的 機(jī)構(gòu)、動(dòng)力 的配置 、液壓系統(tǒng)、傳動(dòng)控制機(jī)構(gòu)、行走 的 機(jī) 器 和輔助 的機(jī)器 。電廠的功率輸出可以有效地使用，這一直是挖掘機(jī)設(shè)計(jì)研究人員的目標(biāo)。本章以 小的 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，下一章進(jìn)行分析其液壓控制系統(tǒng)，為以后的仿真和實(shí)驗(yàn)作出鋪墊。 如圖 2圖 21234鏟斗桿； 5 67其主要結(jié)構(gòu)分為三個(gè)部分：底盤、平臺(tái)、工作裝置。工作 的部件利用 轉(zhuǎn)向頭連接 在回轉(zhuǎn) 的 平臺(tái) 上 ；通過(guò)回轉(zhuǎn)支承連接，底盤 回 轉(zhuǎn)平臺(tái)； 1放在 回 轉(zhuǎn)平臺(tái)后發(fā)動(dòng)機(jī)；駕駛室位于左前角的 回 轉(zhuǎn)平臺(tái)；底盤的前端設(shè)有推鏟架設(shè)有步行道；傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的液壓系統(tǒng)流量分配 運(yùn)作模式是全液壓電氣系統(tǒng)的功能出發(fā)，照明，監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)告。如圖所示，動(dòng)力系統(tǒng)即發(fā)動(dòng)機(jī) 1 驅(qū)動(dòng)活塞泵 的液壓能量可轉(zhuǎn)換為鏟斗缸 4、斗桿 馬達(dá) 、臂缸 2、 回 轉(zhuǎn)電機(jī) 7、行走電機(jī)以及推板等。理解和設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)， 他的 工作 的 過(guò)程和液壓挖掘機(jī) 得動(dòng)作，最開始要 了解 流量分配和功率分配各液壓泵作用元件 ， 和 主復(fù)合動(dòng)作要求各液壓元件在操作流程中的作用，力和功率的需求以及液壓元件的配合和復(fù)合動(dòng)作。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 轉(zhuǎn)系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀 從上一節(jié)可以看出，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)在挖掘機(jī)的典型工作循環(huán)中起著重要的作用 ，本實(shí)用新型具有工作頻率高、時(shí)間長(zhǎng)、 回 轉(zhuǎn)系統(tǒng)與活動(dòng)臂系統(tǒng)組合動(dòng)作協(xié)調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。在效率和績(jī)效上起決定性作用。因此， 回 轉(zhuǎn)系統(tǒng)的 功 能不 止涵蓋回 轉(zhuǎn)系統(tǒng) 的單 一 動(dòng)作性能還包括回轉(zhuǎn)與動(dòng)臂 的 復(fù)合 運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱 性。 雖然挖掘機(jī)的實(shí)際工作過(guò)程中，回轉(zhuǎn)動(dòng)作不是很多，但 回 轉(zhuǎn)系統(tǒng)性能是工廠測(cè)試的重要指標(biāo)， 回 轉(zhuǎn)系統(tǒng)的單作用是提高旋轉(zhuǎn)和活動(dòng)臂的性能提升復(fù)合動(dòng)作協(xié)調(diào)的基礎(chǔ) [9]。 回轉(zhuǎn) 系統(tǒng) 在用作于 挖掘機(jī) 中很 大的慣性加載 結(jié) 構(gòu)， 擁有 慣性 比較 大、常數(shù) 的時(shí)間比較 大、阻尼比 比較低 等特性， 所以形成了 回轉(zhuǎn) 平臺(tái)在起動(dòng)和 停止的進(jìn) 程中相當(dāng)不 穩(wěn)定：當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，由于 回轉(zhuǎn) 平臺(tái)的慣性和阻力矩， 回轉(zhuǎn) 平臺(tái)的速度增的 加 比較 慢，導(dǎo)致 馬達(dá)內(nèi) 很 高壓 的 沖擊 導(dǎo)致 溢流。當(dāng) 回轉(zhuǎn) 制動(dòng)電動(dòng)機(jī)、 回轉(zhuǎn) 臺(tái)帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于慣性，電機(jī)回油側(cè)的流量與操作的差別較大，會(huì)形成較大的壓力沖擊，使安全閥頻繁發(fā)生當(dāng)電機(jī)的開啟和關(guān)閉，馬達(dá) 的 回油側(cè) 的 壓力波動(dòng) 比較較 多 ；當(dāng) 回轉(zhuǎn) 電機(jī) 到 減速 到停止 ，電機(jī)在制動(dòng)氣室壓力高在反向擺動(dòng)的作用下，加速度、速度和穩(wěn)定性直接影響到電機(jī)的制動(dòng)過(guò)程中大型挖掘機(jī)失穩(wěn)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，為了減少操作者的技術(shù)要求和工作強(qiáng)度，一般要求旋轉(zhuǎn)和活動(dòng)臂舉同時(shí)用旋轉(zhuǎn)臂打開手柄。動(dòng)臂旋轉(zhuǎn)與升降的協(xié)調(diào)平臺(tái)與活動(dòng)臂 馬達(dá) 的速度相匹配，即當(dāng)臂升到適當(dāng)?shù)男遁d高度時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)到 了特定的 卸載 地方 。在實(shí)際工作過(guò)程中，由于工作條件的不同，所需的轉(zhuǎn)角和動(dòng)臂升降高度隨液壓挖掘機(jī)相對(duì)裝載車位置的變化而變化表的轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)可調(diào)。如果裝載所需的舉升高度很小，則需要返回轉(zhuǎn)快，升降速度移動(dòng)臂可適當(dāng)減速 [10]。 當(dāng)復(fù)位動(dòng)作復(fù)位時(shí)，吊桿具有重力、低壓和低速的功能由于重力的急劇下降和臂筒運(yùn)動(dòng)的吸力現(xiàn)象；同時(shí)要求轉(zhuǎn)速較快。 回轉(zhuǎn) 平臺(tái)當(dāng)旋轉(zhuǎn)到一個(gè)特定的角度，手臂下降到 特 定的 地方 。 依 據(jù)挖掘機(jī)的 特別的 工 作條件 和技術(shù) 的要素 ，回轉(zhuǎn) 的液壓 系統(tǒng)工作 性質(zhì)能力總結(jié)為 以下 的 幾個(gè)方面 ： （ 1） 穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的單動(dòng)作，減少啟動(dòng)時(shí)，制動(dòng)壓力和制動(dòng)端的計(jì)數(shù)器 轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 〔 2)配合動(dòng)作的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)臂復(fù)合動(dòng)作流量的合理分配。 (3)為了滿足上述兩點(diǎn)的要求， 在這個(gè)過(guò)程中 ,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能系統(tǒng)的 回轉(zhuǎn) ,提高了轉(zhuǎn)速 ,減小系統(tǒng)溢流損失 。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 壓系統(tǒng)原理圖 圖 2壓系統(tǒng)原理圖 挖掘機(jī) 的 液壓回路 的 系統(tǒng) 中， 該系統(tǒng)可分為五個(gè)主要部分 ,電源 ,閥組 ,執(zhí)行部分 ,控制部分和輔助部分 ,由于液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)本身的液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性和非線性 ,在系統(tǒng)的每一個(gè)細(xì)節(jié) 的精確建模是不可行的，其 得出的后果 將 形成 模型太 過(guò)于多 樣性 ，導(dǎo)致系統(tǒng)的狀 況 方程 得出結(jié)果 的 不容易 ，和一些 不主要的現(xiàn)象大多 不 干擾 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài) 的機(jī) 能，固有頻率遠(yuǎn)高于系統(tǒng)構(gòu)件的固有頻率，對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響很小 [11]。 建模時(shí)，應(yīng)簡(jiǎn)化或忽略。 掘機(jī)液壓系統(tǒng)分析 轉(zhuǎn)液壓回路分析 液壓挖掘機(jī) 的 回轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu) 回轉(zhuǎn) 所需要的時(shí)間大約是全部 工作 的一次工作 時(shí)間的 51%～ 71%。液壓 中 系統(tǒng) 的全部 熱量的 31%～ 41%是 液壓回路的液壓壓力。因此，合理確定程序液壓回路的結(jié)構(gòu)， 回轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)， 回轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)的參數(shù)的正確選擇，提高生產(chǎn)率和功率利率，改善駕駛員的工作條件是非常重要的工作，減少?zèng)_擊裝置。該機(jī)采用 回轉(zhuǎn) 電機(jī)模型的 45 R 理論位移，通過(guò)計(jì)算的 回轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)， 回轉(zhuǎn) 電機(jī)的合理選擇。液壓原理圖如圖 2 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 圖 21一單向閥； 23一緩沖閥； 4液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，車輛的慣性較大， 突然地 啟動(dòng) 時(shí)候 、 或者突然地停止時(shí)候 和突然換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的液壓沖擊。特別是在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中突然遇到障礙停止。液壓 系統(tǒng)的 沖 壓 會(huì) 讓全部的 液壓系統(tǒng)和 零件造成 振動(dòng)和噪音， 以至于損壞。因此，挖掘機(jī)的 回轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)往往采用特殊的電路來(lái)保證安全、保護(hù)元件。首先， 由于液壓沖擊造成的巨大損壞 ,應(yīng)該在緩沖閥中 ,閥 3是一種特殊的緩沖閥 ,該閥將被連接到 回轉(zhuǎn) 電機(jī)，制動(dòng)時(shí)高低壓電路，停止或反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，液壓油的壓力室通過(guò)緩沖閥直接進(jìn)入低壓室降低液壓沖擊。兩個(gè)單 向閥起作用的油。 該 緩沖電路 有著 油量 比較 少，背壓 比較 低，工作效率高 的特點(diǎn) 。針對(duì) 停止的 回路 系統(tǒng) ， 研發(fā) 了 利 用機(jī) 器來(lái) 制 造 動(dòng) 力 和液壓 系統(tǒng) 制 造 動(dòng) 力互 相 配合 的方 法 進(jìn)行電機(jī)制 造 動(dòng)力 。 回轉(zhuǎn) 電機(jī)的制動(dòng)型式常閉。當(dāng) 回轉(zhuǎn) 電機(jī)停止供油時(shí)，制動(dòng) 馬達(dá) 的先導(dǎo)油壓回到油箱。一旦油泵供應(yīng)到電機(jī)，先導(dǎo)壓力油進(jìn)入制動(dòng)缸在同一時(shí)間。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 3 挖掘機(jī)中的液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的特性 本章通過(guò)總結(jié)液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)的一般規(guī)律，對(duì)回轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析。液壓挖掘機(jī) 的液壓 回轉(zhuǎn)單動(dòng)臂 回路理論特性 和 舉升機(jī)機(jī)構(gòu) 的液壓回路特性的理論研究。 掘機(jī)液壓回轉(zhuǎn)一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律 當(dāng)液壓挖掘機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度較大時(shí)， 回轉(zhuǎn) 平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)分為啟動(dòng)加速度和勻速 回轉(zhuǎn) ，減速制動(dòng)三階段。如果不考慮邊坡和風(fēng)的影響，忽略摩擦阻力矩在啟動(dòng)和制動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不變 ， 則速度為 ： （ 3 其中，回轉(zhuǎn)平臺(tái)上最大的驅(qū)動(dòng)力矩為 : i2 ?? π?M（ 3 根據(jù) 回轉(zhuǎn) 平臺(tái)的不同旋轉(zhuǎn)角度，轉(zhuǎn)臺(tái)的速度曲線如圖 3么時(shí)候當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度小時(shí)， 回轉(zhuǎn) 平臺(tái)不能加速到最大角速度同時(shí)，速度曲線為三角形速度圖，當(dāng)返回角位移較大時(shí)， 回轉(zhuǎn) 平臺(tái)移動(dòng)太遠(yuǎn)該過(guò)程 中的 三個(gè)階段的加速，勻速和減速。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 (a) 泵系統(tǒng)的三角速率圖 (b)泵系統(tǒng)的梯形速率圖 （ c）泵系統(tǒng)的三角速率圖（變量） (d)泵系統(tǒng)的梯形速率圖（變量） 圖 3轉(zhuǎn)平臺(tái)速度圖 由式 1、式 2和圖 3可以看出 回轉(zhuǎn) 平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的最大驅(qū)動(dòng)力矩對(duì) 回轉(zhuǎn) 平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特性起著決定性的作用。對(duì) 回轉(zhuǎn) 平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小和挖掘機(jī)質(zhì)量屬性和工作與胃的姿勢(shì)結(jié)構(gòu)主要決定； 回轉(zhuǎn) 平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)力矩通過(guò)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)確定，轉(zhuǎn)臂和復(fù)合動(dòng)作也由液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)劈 裂的影響。因此，在本章中，我們將分析 回轉(zhuǎn) 平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的液壓回路的特性，雙泵和雙回路液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作， 回轉(zhuǎn) 系統(tǒng)的 回轉(zhuǎn) 和解除。 控回轉(zhuǎn)馬達(dá)特性分析 在兩個(gè) 泵 兩個(gè) 回路 的 節(jié)流系統(tǒng)中 ， 小的 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng) 挖掘機(jī) 是 由 一種閥 來(lái) 控制的 回轉(zhuǎn) 電機(jī)電路 ， 換向閥 門是由 三位 的 六通閥 門 ， 動(dòng)作的 時(shí) 候，該動(dòng)作 可 以 與回油節(jié)流、油節(jié)流和旁路 的 節(jié)流 一起配合 ，圖 3其示意圖 。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 圖 3轉(zhuǎn)換向同節(jié)流原理圖 三個(gè)口分別是 1,2,3通過(guò)口的出流量分別為 力降分別為Δ 流分別為 流數(shù)為 壓油的密度為ρ ,A， n和 加起來(lái) ，馬達(dá) B，與液壓泵的出口壓力與流量分別為 根據(jù)節(jié)流孔的流動(dòng)方程和流動(dòng)的連續(xù)性方程 ： ?????????????????????????????????????)3221333333222212111111( 由此可以看出，執(zhí)行器的轉(zhuǎn)速受三孔流道面積的大小影響，節(jié)流孔面積的匹配對(duì)執(zhí)行器的性能有重要影響。三挖掘機(jī)回六到負(fù)轉(zhuǎn)換閥開閥，有不同數(shù)量的閥芯和閥之間的重疊，當(dāng) 回轉(zhuǎn)電機(jī)油的 進(jìn)口和回油口 在 打開 的時(shí)候 ，流通面積為零，安裝在槽復(fù)雜直口閥和旋轉(zhuǎn)換向閥芯和非圓的開放特性的進(jìn)油口和回。因此， 回轉(zhuǎn) 電機(jī)電路本質(zhì)上是一種非全開放兩位四銷控液壓馬達(dá)電路，如圖 3 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 圖 3壓馬達(dá)示意圖 轉(zhuǎn)與動(dòng)臂液壓系統(tǒng)特性 液壓挖掘機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)臂液壓系統(tǒng)是一 個(gè)很特別的兩個(gè)泵兩個(gè) 回路 的 節(jié)流液壓 控制 系統(tǒng)。按液壓原理，液壓挖掘機(jī) 回轉(zhuǎn) 與活動(dòng)臂升降復(fù)合動(dòng)作，變量泵 1通過(guò)臂的組合閥和 回轉(zhuǎn) 閥同時(shí)向液壓缸的臂和 回轉(zhuǎn) 電機(jī)供油 2。變量泵 2臂液壓缸供油。因此，合理布置泵 1 流量是確定挖掘機(jī)啟閉協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)的關(guān)鍵合理分配流量的關(guān)鍵因素。在對(duì) 1號(hào)泵液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上 回轉(zhuǎn) 可動(dòng)臂復(fù)合作用中流動(dòng)分布規(guī)律的研究。 即使 用 了 定量 的 泵和 不變 壓 力的 變量泵，閥 門 控 制 馬達(dá)系統(tǒng)和閥 門 控制 液壓缸 的 系統(tǒng) 體系很少有什么聯(lián)系， 實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造 起來(lái)比較容易 ，但 是由于 定量泵系統(tǒng)角 的 功率 比較 大， 電 動(dòng)機(jī) 的 功率 使用比例比較 低，油 消耗的很快很多 ， 比較不適合小中型挖掘機(jī) 型液壓挖掘機(jī)?？紤]到挖掘機(jī)工作條件的復(fù)雜性和載荷的變化性，中型液壓挖掘機(jī)在恒功率變量泵 中 ,由于 恒 定 功變量 的 泵可以破壞負(fù) 荷 大小，調(diào)節(jié)泵排量，以減少系統(tǒng)溢流損失。 根據(jù)上述分析，可以得出結(jié)論， 回轉(zhuǎn) 系統(tǒng)和臂架系統(tǒng)之間的關(guān)系在很大程度上影響挖掘機(jī)旋轉(zhuǎn)與活動(dòng)臂升降復(fù)合動(dòng)作的協(xié)調(diào)。當(dāng)兩個(gè)執(zhí)行 原件 負(fù)載相等 的條件下 ， 對(duì)稱 性 比較 好。 由于 挖掘機(jī) 的 回轉(zhuǎn)環(huán) 持 有 著 大 的 慣性負(fù)荷的 性質(zhì) 。下午的 “鉛”鉛時(shí)開始階段，勻速運(yùn)行階段，所以理論上我們可以采取以下措施來(lái)減弱兩種關(guān)系的耦合，提高復(fù)合動(dòng)作的協(xié)調(diào)： (1)在回轉(zhuǎn)回路系列優(yōu)先閥降低 回轉(zhuǎn) 系統(tǒng)和臂架系統(tǒng)的負(fù)載差異。 (2)減少液壓缸的面積，減少回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和臂架系統(tǒng)的負(fù)荷 (3)調(diào)整系統(tǒng)的其他有關(guān)參數(shù)，例如增加吊桿的剛度和起動(dòng)力矩泵 1 單獨(dú)用于 回轉(zhuǎn) 電機(jī)，避免 回轉(zhuǎn) 電機(jī)停止啟動(dòng)的 情況 現(xiàn)象 產(chǎn)生 。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 但是，如果優(yōu)先閥的節(jié)流特性，液壓缸臂區(qū)等 的 參數(shù) 作用 不能很好地適應(yīng)執(zhí)行設(shè)備的負(fù)載特性，復(fù)合動(dòng)作的協(xié)調(diào)性將不會(huì)得到改善。如果優(yōu)先閥溢流區(qū)，當(dāng)回轉(zhuǎn) 電機(jī)和臂升降同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，由于響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)， 回轉(zhuǎn) 電機(jī)不能 很快的 上升，流量通過(guò)安全閥 們 產(chǎn)生 巨量 的溢流損失。泵的輸出流量 比較 低 ， 沒有所需 的 流量，升降速度 比較 慢。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 4 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)控制的仿真 壓系統(tǒng)仿真模塊建立 液壓系統(tǒng) 是 由 很 多個(gè)不 一樣 的液壓 器件構(gòu) 成，各部件之間的能量傳遞 利用系統(tǒng) 液壓管路行 進(jìn) 。在建模 的數(shù)學(xué) 過(guò)程中， 一般是 由節(jié)點(diǎn) 的形成 液壓系統(tǒng)的參數(shù)模型。 一個(gè) 節(jié)點(diǎn)選擇 用來(lái)表示 流動(dòng)方程來(lái)表示節(jié)點(diǎn)的壓力和入口和出口節(jié)點(diǎn)流量之間的關(guān)系。每個(gè)液壓元件連接 到 節(jié)點(diǎn)上，并建立每個(gè)液壓元件的仿真模型，并通過(guò)仿真可以得到節(jié)點(diǎn)的壓力曲線。節(jié)點(diǎn) 的 壓力 和 管道和液壓 器 件密切相關(guān)。 平和壓力 的 曲線 走勢(shì)，這對(duì)全部 液壓系統(tǒng)的可靠性 有著很大的意義 。 對(duì)于液壓腔節(jié)點(diǎn)，腔體壓力 ： ? ?? p (4 式中， 腔的體積； 油液的有效體積彈性模量； Q 是型腔的流量總和。 將 塊用到數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為仿真模型， 件，如圖 4得的液壓壓力節(jié)點(diǎn)的壓力和流量的仿真模型，如圖 4 圖 4件圖 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 圖 4力流量轉(zhuǎn)換模塊 同樣， 畫出 了液壓系統(tǒng) 中的 各模塊的數(shù)學(xué)模型， 畫出 了仿真 的 模型 圖 。 壓油泵模塊 液壓泵以泵的轉(zhuǎn)速和輸出壓力作為泵出口的輸入， 作為 以泵的出口流量輸出。因此 此時(shí)地 泵的輸出流量端口可以表示為 ： ? （ 4 在公式中， 壓油泵仿真模型 ， 如圖 4 圖 4壓油泵仿真模型 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 再利用 件全選，然后創(chuàng)建封裝模塊。如圖 4 圖 4壓油泵封裝模塊 同理，創(chuàng)建各個(gè)模塊的封裝模塊 壓馬達(dá)模塊 液壓缸，并連接到油腔壓力和作為輸入的外力，通過(guò)流量和輸入 口活塞桿的速度，一個(gè)方程組的液壓缸的運(yùn)動(dòng) ????????????? ?(1（ 4 在公式中， 活塞腔的活塞面積； 壓缸模塊的 模塊 模型如圖 4 圖 4流閥模塊 溢流閥以壓差為 輸入的 節(jié)點(diǎn)，輸出 的 流量。數(shù)學(xué)模型可以表示為 ： 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 ??????????)(0)(121212???? （ 4 當(dāng) 在公式中， 安全閥模塊的 模型，軟件 模型如圖 4 圖 4流閥仿真模型 衡閥模塊 輸出 是一個(gè) 平衡閥 的 流量 ， 平衡閥 用來(lái)作為 選擇壓力差作為輸入 。 數(shù)學(xué)模型可以表示為 ： 1 2 （ 4 在公式中， 溢流閥 中 的液導(dǎo)； 平衡閥中的導(dǎo)閥； 一個(gè)平衡閥模塊的仿真模型圖 4 圖 4 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 在建立仿真模型后，利用 對(duì) 液壓系統(tǒng)仿真 的 時(shí) 候 ，可以直接 用建立的模塊互相連接 后 組成后進(jìn)行 仿真。圖 4軟件組成的模塊封裝 ， 全閥模塊， 壓缸模塊， 衡閥模塊，壓油泵模塊。 最后 封裝模塊 。 圖 4轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)仿真模型建立 利用著 液壓挖掘機(jī) 的 液壓系統(tǒng) 作為研究 ， 畫出 了仿真 的 模型 圖 ?；剞D(zhuǎn)液壓系統(tǒng)如圖 4圖中的 4-9(a)是原來(lái)的液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)，圖 4-7(b) (a)原來(lái)的系統(tǒng) （ b）改進(jìn)后的系統(tǒng) 圖 4根據(jù) 原 來(lái)的 改進(jìn)液壓系統(tǒng)。 本文的 主要目標(biāo) 是確定回路的優(yōu)化設(shè)計(jì)是 不是符合要求，是不是能達(dá)到所要求的更好的緩沖條件。 液壓系統(tǒng)的詳細(xì)數(shù)據(jù) ,見 圖4 表 4 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 圖 4壓系統(tǒng)數(shù)據(jù) 表 4統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)表 序號(hào) 參數(shù) 符號(hào) 單位 大小 1 回轉(zhuǎn)馬達(dá)排量 c/ 回轉(zhuǎn)溢流壓力 3 回轉(zhuǎn)支持壓力角 α 0 4 回轉(zhuǎn)馬達(dá)效率 η m 油液密度 ρ Kg/m3 850 6 油液運(yùn)動(dòng)粘度 v 6 7 油液體積彈性模量 E 8 液壓 馬達(dá) 大徑 D1 25 9 液壓馬達(dá)小徑 D2 5 10 液壓馬達(dá)最大行程 L1 240 11 液壓馬達(dá)最大靜摩擦力 F N 1510 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 20 續(xù)表 412 液壓馬達(dá)溢流壓力 7 13 油泵最大排量 c/05 14 油泵最大溢流壓力 于節(jié)點(diǎn)的壓力對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的可靠性有很大的影響， 因此 液壓系統(tǒng)被選擇作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)在油路和回油線。如圖 4顯示的，選取其中的 1 節(jié)點(diǎn)和 2節(jié)點(diǎn)，用來(lái)得到液壓系統(tǒng)的仿真模型 。其中， 別為子模塊，分別描述了液壓缸、平衡閥、溢流閥的壓力和 [ 0 ]之間的關(guān)系，腔節(jié)點(diǎn)的壓力的壓力是輸入，輸入或輸出流是輸出。仿真時(shí)間為 0至 原液壓系統(tǒng)的仿真結(jié)果如圖 4示。改進(jìn)的回轉(zhuǎn)液壓回路仿真后，選擇節(jié)點(diǎn)的 別在油路和油電路，并進(jìn)行了仿真分析，建立系統(tǒng)的仿真模型如圖 4示。仿真時(shí)間為 0 至 仿真結(jié)果如圖 4 44擬結(jié)果的比較，對(duì) 2 個(gè)液壓回路為相同的電路設(shè)計(jì)，因此，節(jié)點(diǎn) 1 和節(jié)點(diǎn) 3的壓力曲線基本相同，但返回線路節(jié)點(diǎn) 2和節(jié)點(diǎn) 4壓力曲線的比較可以看出， 節(jié)點(diǎn)的壓力峰，4 峰壓力是 點(diǎn) 4 的壓力波動(dòng)較大，節(jié)點(diǎn)內(nèi)的壓力波動(dòng)較小，在 2 時(shí)過(guò)渡較為穩(wěn)定。在影響改進(jìn)的緩沖液壓電路比原來(lái)的 系統(tǒng) 回轉(zhuǎn) 環(huán)更為突出，并對(duì)油路壓力小，每個(gè)元件的壓力較小，說(shuō)明液壓回路的改進(jìn)的正確設(shè)計(jì)，取得了較好的回轉(zhuǎn) 的緩沖作用。因此，它可以提高整個(gè)液壓系統(tǒng)的可靠 性。 圖 4回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)仿真模型 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 21 圖 4進(jìn)后的回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)仿真模型 圖 4轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)仿真圖 圖 4進(jìn)后的回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)仿真圖 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 22 真圖得出的結(jié)論 對(duì) 44擬結(jié)果的比較，對(duì)兩液壓回路為相同的電路設(shè)計(jì)，因此節(jié)點(diǎn) 1 和 3 壓力曲線基本上是一致的，與壓力曲線回歸線的節(jié)點(diǎn) 2 和 4 相比， 點(diǎn) 4， 節(jié)點(diǎn) 2 的峰值，峰值為 點(diǎn) 4 的壓力波動(dòng)較大，節(jié)點(diǎn) 2 的壓力波動(dòng)較小，比第 2節(jié)點(diǎn)更穩(wěn)定。在影響改進(jìn)的緩沖液壓電路比原來(lái)的 系統(tǒng) 回轉(zhuǎn) 環(huán)更為突出，在油壓壓力較小，每個(gè)單元較小，說(shuō)明液壓回路的改進(jìn)的正確設(shè)計(jì)，取得了較好的 回轉(zhuǎn) 的緩沖作用。良好的緩沖效果有利于提高整個(gè)液壓系統(tǒng)的可靠性。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 23 結(jié) 論 對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的 穩(wěn)步 發(fā)展，中國(guó)的小型挖掘機(jī)市場(chǎng) 日益 活躍提供了 很 好的宏觀環(huán)境，未來(lái)幾年，中國(guó)將繼續(xù)發(fā)展小挖市場(chǎng)，市場(chǎng)前景誘人，潛力巨大。 對(duì)于 技術(shù) 這一部分 ，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 是 挖掘機(jī)的 比較重要的 技術(shù)， 所以 對(duì) 于液壓系統(tǒng)的了解和分析 顯得尤為重要。在本文中，基于掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了分析與仿真 ,是理論與應(yīng)用相結(jié)合的有益探索。 該方法的成功，將有助于液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。全文總結(jié)如下 1本文對(duì)小型 的 液壓挖掘機(jī)液壓 回轉(zhuǎn) 系統(tǒng)理論分析、建模仿真 ， 然后 對(duì)液壓系統(tǒng)的兩種進(jìn)行了詳細(xì)的比較。 2本文對(duì)液壓泵的液壓缸 等 進(jìn)行了 一一 的建模， 雖然進(jìn)行了建模， 但由于沒有辦法 精確 地確定多個(gè) 數(shù)據(jù) ，而不能完全控制液壓油源和電機(jī)的電路，與工程實(shí)踐有一定的距離。 3仿真結(jié)果表明為回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)仿真 果建立在對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完美的模式，無(wú)論是 對(duì)于 各種 現(xiàn)代的油壓 的 挖掘機(jī)的計(jì)算 有著十分明顯 的 重要成分 。 使我對(duì)四年所學(xué)部分課程得到了全面復(fù)習(xí)和鞏固 ,鍛煉了自己全面分析和解決問題的能力 ,還了解了很多機(jī)械的問題，學(xué)了很多軟件的功能，為了以后工作形成了幫助。 軟件有很多不懂， 輔導(dǎo)老師給了我很 多 的幫助 ,讓 我對(duì) 較多 的認(rèn)識(shí)和了解。 由于時(shí)間較短 ,任務(wù)較重 ,我們又缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)淺。因此 ,本設(shè)計(jì)中一定存在著錯(cuò)誤 ,敬請(qǐng)老師們多多指導(dǎo) ,以便修改和充實(shí)我的知識(shí)從而使我能夠提高自己的專業(yè)能力 ,適應(yīng)當(dāng)前機(jī)械化發(fā)展的需要。將來(lái)我會(huì)更加努力。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 24 參考文獻(xiàn) [1] 李啟兵 Z][2] 王謙 建筑機(jī)械化 [Z]2):1[3] 張啟君 J]2006(01):5[4] 張棟 D]吉林大學(xué) ,2005(4):2[5] 50807 [6] 黃宗益 ;葉 偉