许杭[1]2002年在《液压挖掘机虚拟样机液压系统仿真及集成技术的研究》文中指出市场竞争的不断加剧使得产品开发速度日益成为最具挑战性的因素，而我国传统工程机械行业却由于新产品开发周期长，成本高，导致产品严重老化、缺乏市场竞争力。虚拟样机技术的逐渐成熟为解决这些问题提供了强有力的工具和手段。本文从分析虚拟样机技术的特点和优势出发，针对现有液压挖掘机设计手段存在的不足，将虚拟样机技术引入挖掘机设计开发领域。全文主要从以下几个方面进行研究： 1．首先介绍了虚拟样机技术的基本理论框架，回顾了国内外在此方面的研究现状和发展趋势，论证了将虚拟样机技术应用于液压挖掘机设计的必要性。 2．在研究液压挖掘机整机系统的基础上，借助于虚拟样机技术理论的指导，提出了挖掘机虚拟样机的实现策略，即根据抽象建模的需要将挖掘机划分为有机关联的单学科系统及模型，分别在不同的支撑软件上并行建模，再利用网络和系统集成技术将各子系统模型集成为挖掘机虚拟样机。 3．按照系统仿真建模原理，主要研究了挖掘机液压系统的建模方法，利用Matlab软件中的Simulink工具箱建立了参数化和模块化的挖掘机液压系统仿真模型。并借助仿真模型的参数化驱动功能使挖掘机虚拟样机具备了柔性。 4．分析了两种大型工程软件ADAMS和MATLAB的特点，然后研究了ADAMS和MATLAB的接口方法。提出了在ADAMS中建立虚拟样机环境，通过ADAMS／Control接口与Simulink中建立液压子系统模型有机集成，初步实现了液压挖掘机虚拟样机及环境的生成，并进行了初步的实例验证。 5．探讨了挖掘机虚拟样机的应用前景。虚拟样机能够可视地模拟真实环境中挖掘机工作特性，输出多学科的性能表现。因此就可以进行开发前期的全面评价，指导整机方案的优化设计。同时经过实际挖掘机参数校核后的虚拟样机，可以用来代替真实物理样机进行虚拟实验，以提高产品开发效率，降低风险和实验成本。
冯丽[2]2005年在《液压挖掘机虚拟样机系统仿真分析》文中研究表明市场竞争的不断加剧使得产品开发速度日益成为最具挑战性的因素,而我国传统工程机械行业却由于新产品开发周期长,成本高,导致产品严重老化、缺乏市场竞争力。虚拟样机技术的逐渐成熟为解决这些问题提供了强有力的工具和手段。本文详细分析了虚拟样机这项产品开发新技术的特点和优势。针对现有液压挖掘机设计评价手段存在的不足,将虚拟样机技术引入挖掘机设计开发领域。全文主要从以下几个方面进行研究: 首先介绍了虚拟样机技术的基本理论框架,回顾了国内外在此方面的研究现状和发展趋势,论证了将虚拟样机技术应用于液压挖掘机设计的必要性。 在研究液压挖掘机整机系统的基础上,借助于虚拟样机技术理论的指导,提出了挖掘机虚拟样机的实现策略,即根据抽象建模的需要将挖掘机划分为有机关联的单学科系统及模型,分别在不同的支撑软件上建模,再将各子系统模型集成为挖掘机虚拟样机。 对系统仿真原理进行了研究,主要研究了机械和液压系统的建模方法,分别利用相关学科理论和软件建立了挖掘机机械和液压系统仿真模型。上述子系统模型分别在商品化动力学仿真软件ADAMS和叁维造型软件UG中实现。通过在ADAMS/View中对挖掘机虚拟样机机械系统工作范围的仿真分析,确定了挖掘机的整机工作范围,得到了液压挖掘机的一些特殊工作尺寸。根据对挖掘阻力的分析,对挖掘机铲斗挖掘时的受力状况进行仿真,得到了各铰接点处的受力情况,为零件的强度分析提供了基础。在ADAMS/Hydraulics中建立了虚拟样机液压系统,并将各部分模型有机集成,实现了液压挖掘机机械与液压系统的联合仿真。
刘静[3]2005年在《挖掘机器人虚拟样机建模技术及其应用研究》文中进行了进一步梳理针对挖掘机高效、节能和智能化的发展趋势,结合我国传统挖掘机行业新产品开发周期长、成本高、对挖掘机产品的评价和设计手段落后等现状,本文以863项目“非结构环境移动机器人的集成化智能控制关键技术研究(编号:2001AA422130)”和国家自然科学基金重点项目“机械广义优化设计理论、方法、技术及其实现和应用(编号:59635150)”为依托,首次运用虚拟样机这一近年来得到快速发展的先进技术开展挖掘机的高效、节能和智能控制技术的研究。重点研究开发一个集成多领域系统模型的挖掘机虚拟样机环境,作为挖掘机综合性能仿真评估平台,用于挖掘机节能和智能化策略的分析及优化,提高挖掘机的作业效率、节能效果和自动化水平。主要研究内容和特色如下: 1、针对挖掘机器人机、电、液和信息一体化的发展特点,提出挖掘机器人虚拟样机的建模策略和框架。根据抽象建模的需要将挖掘机器人分为有机关联的单学科系统级模型,即:动力学、机械、液压和控制四个子系统模型,为了得到一个综合的性能仿真平台,提出动力学、机械、液压、控制一体化建模技术。基于各个子系统的功能确定系统之间的参数传递关系,通过子系统模型的参数关联集成,以及数据接口设置,将各个子系统模型在ADAMS环境中实现集成,构成挖掘机器人的虚拟性能测试平台,以能够在此平台上对挖掘机器人的动力学、液压、控制系统进行仿真分析。 2、分别利用D-H方法和Newton-Euler方法推导了挖掘机器人运动学和动力学理论模型,在此基础上利用动力学分析软件ADAMS建立挖掘机器人的参数化机构仿真模型,利用叁维造型软件Pro/E建立了挖掘机器人的机械部件模型并与ADAMS参数化机构模型进行集成,构成机械系统模型,在此模型上可以进行运动学和动力学可视化仿真分析。 3、针对现有挖掘机液压系统模型中液压缸子模型未能考虑因挖掘机不同位姿变化带来的质量分布以及外负载参数的变化,从而造成液压系统仿真模型误差较大的问题,提出了基于虚拟样机动力学解算的液压系统仿真模型的建模方法。由此得到的液压系统模型由于关联了系统动力学响应及外负载的变化,液压系统的状态参量与机构动作同步变化,可以更加真实精确地模拟挖掘机的工作状态。在此基础上建立了挖掘机器人节能控制和伺服控制系统模型,并在ADAMS中实现与液压系统模型的参数关联集成。 4、对数字化虚拟样机的精确性进行了研究和评估。针对挖掘机器人虚拟样机模型系统的复杂性,提出了定性分析和定量验证相结合的方法。定性分析主要是看仿真结果是否明显与基本物理定律矛盾,或与边界条件约束冲突。在定性分析的基础上进行定量验证,通过对模型中机构尺寸和约束进行验证保证了机构动力学模型的精确性。在此基础上验证液压系统和控制系统模型的精确性,分空载和加载两种工况分别设计单关节动作试验方案,在保证模型与实际系统初始运动姿态以及输入信号相同的条件下,测量关节运动位移、
武宏伟[4]2008年在《挖掘机负载敏感系统的联合仿真及能耗分析》文中研究表明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,我国目前正处于高速发展阶段,有大量的基础建设工作都要用到挖掘机。但是近几年石油价格不断上涨,使得挖掘机的使用成本增加,再加上排放标准要求的提高,节能型挖掘机就成为发展的方向和趋势,目前国内外的许多挖掘机生产企业都投入大量资金对挖掘机在作业过程中的能量消耗进行研究。单纯运用传统的实验方法对挖掘机在作业过程中的能耗情况进行研究费工费时,变更参数或条件困难,有时甚至无法实现。因此,基于计算机的仿真技术得到飞速发展,许多企业特别是一些大学都在利用仿真方法对挖掘机在作业过程中的能量消耗情况进行研究,但是大多数是对工作装置和液压系统的单独仿真。然而,单独利用ADAMS对挖掘机的工作装置进行运动学和动力学分析,主要是为了解决工作臂的优化设计问题和挖掘机的智能化控制问题,无法进行能耗分析,因为挖掘机的主要能量消耗来自液压系统;而单独利用AMESim或MATLAB/Simulink仿真液压系统能量消耗情况,不能够考虑到转动惯量的变化,而随着挖掘姿态和速度的变化,转动惯量也在不断变化,所以,单独仿真的方法,无法准确模拟挖掘机的真实工作环境。论文以广西玉柴生产的YC60-7型号挖掘机为具体研究对象,利用多体系统动力学仿真软件ADAMS和液压系统仿真软件AMESim进行联合仿真,很好地解决了上述问题,对挖掘机作业过程中液压系统能耗的分析提供了更加准确的理论依据。具体内容有:1.利用牛顿—欧拉方法建立挖掘机工作装置的动力学模型。2.实际测量挖掘机工作装置的尺寸,采用Pro/E软件,建立其零部件的叁维模型并根据实际连接情况进行装配,然后用MECH/Pro将建好的模型导入ADAMS中并进行动力学仿真,分析挖掘机在工作过程中叁个液压缸的受力情况。3.利用AMESim建立挖掘机的负载敏感压力补偿液压系统模型,并将建好的动力学模型导入进行联合仿真,分析挖掘机在作业过程中的能量消耗。4.提出了一种电子压力补偿流量匹配的新型液压系统,并且通过仿真对比了负载敏感压力补偿、电子压力补偿流量匹配、电液负载敏感叁种液压系统的能量消耗情况。本课题是国家自然科学基金“新概念电液流量、方向连续控制的理论与方法研究”和博士点基金资助课题“新型比例阀和基于流量匹配的电液负载敏感控制原理研究”的研究内容,国家自然基金项目批准号/申请号:50775156/E051202,博士点基金资助课题编号:20070112007.
王爽[5]2004年在《液压挖掘机整机建模和节能技术的研究及应用》文中研究表明市场竞争的不断加剧使得产品开发速度和综合性能日益成为最具挑战性的因素之一,液压挖掘机是一个复杂的机电产品,由于其新产品开发周期长,成本高,导致产品严重老化、缺乏市场竞争力,目前80%以上的产量为外资企业所占有,如何提高我国液压挖掘机产品的设计水平和综合性能已成为急需解决的关键技术。虚拟样机技术的逐渐成熟为解决这些问题提供了强有力的工具和手段。本文从分析虚拟样机技术的特点和优势出发,针对现有液压挖掘机设计手段存在的不足,将虚拟样机技术引入挖掘机设计开发领域,并对液压挖掘机的关键节能技术进行探讨。论文的主要内容如下: 1.在介绍的虚拟样机技术的基本理论框架和回顾国内外在此方面的研究现状及发展趋势的基础上,论证了将虚拟样机技术应用于液压挖掘机设计的必要性和可能性及其实施的策略。 2.针对液压挖掘机整机系统,借助于虚拟样机技术理论的指导,提出了挖掘机虚拟样机的实现策略,即根据抽象建模的需要将挖掘机划分为有机关联的单学科系统及模型,分别在不同的支撑软件上并行建模,再利用网络和系统集成技术将各子系统模型集成为挖掘机虚拟样机。 3.按照系统仿真建模原理,主要研究了挖掘机液压系统的建模方法,探讨了利用Matlab软件中的Simulink工具箱建立了参数化和模块化的挖掘机液压系统仿真模型的方法。 4.提出了在ADAMS中建立虚拟样机环境,通过ADAMS/Control接口与Simulink中建立液压子系统模型有机集成,实现了挖掘机虚拟样机环境的机电液一体化联合仿真的策略和方法。并探讨了挖掘机虚拟样机的应用前景和发展趋势。 5.节能对于液压挖掘机所具有的意义,不仅在于节约燃料,更重要的是由此降低了系统发热和工作强度,从而有利于设备的运行和维护。本章介绍了当前国内外常用的挖掘机节能技术,并对基于六通型多路阀的负流量控制系统的节能效果进行了详细分析,建立了相应的控制模型,进行了计算机仿真并在自行研制的试验样机上验证了这一模型的正确性,在此基础上进而提出了这种节能控制的设计原则。
黄爱文[6]2008年在《液压挖掘机产品开发中的虚拟样机技术研究》文中研究指明本文从分析虚拟样机技术的特点和优势出发,针对现有液压挖掘机设计手段存在的不足,将虚拟样机技术引入其新产品设计开发领域。全文主要从以下几个方面进行研究:首先介绍了虚拟样机技术的基本理论,回顾了国内外在此方面的研究现状和发展趋势,论证了将虚拟样机技术应用于液压挖掘机新产品开发设计中的必要性。接着借助虚拟样机技术理论的指导,提出了液压挖掘机新产品的虚拟样机技术开发流程。然后分析了应用虚拟样机技术开发所需的其中两大工程应用软件PRO/ENGINEER和ADAMS的特点并介绍了其相互之间的接口方法,并具体论述了虚拟样机技术在解决液压挖掘机新产品开发中的使用方法及作用。最后对系统仿真原理进行了研究,主要研究了机械和液压系统的建模方法,分别利用相关学科理论和软件建立了挖掘机机械和液压系统仿真模型。上述子系统模型分别在动力学仿真软件ADAMS和叁维造型软件Pro/Engineer中实现。通过对挖掘机虚拟样机机械系统工作范围的仿真分析,确定了挖掘机的整机工作范围。以铲斗中齿齿尖部位为参考点,得到挖掘机整个挖掘工作过程包络线图,并得到了液压挖掘机的一些特殊工作尺寸,验证了机构设计的合理性。另外还对铲斗中齿齿尖部位进行运动仿真分析,得到斗齿部位在整个挖掘作业循环时间里的速度、加速度、位置和时间的运动仿真分析结果,说明应该考虑姿态调整和卸载时引起的冲击力对液压缸的影响。通过在不同危险工况下对铲斗、斗杆和动臂进行有限元分析,得到他们的应力分布图,验证设计参数的合理性。同时进行了优化设计。在ADAMS/Hydraulics中建立了虚拟样机液压系统,并将各部分模型有机集成,实现了液压挖掘机机械与液压系统的联合仿真。仿真结果基本符合技术上的要求,为物理样机的试制及其它型式机—液复合系统的设计和研究提供了很好的参考,也可以加快挖掘机产品的开发速度,降低开发成木,提高市场竞争力。
杨彦龙[7]2007年在《液压挖掘机工作装置的虚拟样机仿真分析》文中认为液压挖掘机广泛应用于交通运输、水利水电工程、矿山采掘等行业,是一种大型的工程机械,对提高劳动生产率起着关键作用。因此,对挖掘机的设计和研究就显得非常重要。而在我国挖掘机行业中,由于新产品开发周期长、成本高、设计手段落后,导致产品严重老化、缺乏市场竞争力。虚拟样机技术的应用为解决这些问题提供了强有力的工具和手段。本文首先阐述了国内外虚拟样机技术的研究现状和发展趋势,针对现有液压挖掘机设计中存在的不足,将虚拟样机技术引入挖掘机设计开发领域。在研究挖掘机工作装置的基础上,利用Pro/E软件构造了液压挖掘机的叁维实体模型,并进行了虚拟装配,建立了挖掘机的虚拟样机。在动力学仿真软件ADAMS中建立了挖掘机的多刚体虚拟样机系统,完成了模型的前处理工作,并校验了模型的正确性。通过在ADAMS/View中对挖掘机虚拟样机机械系统工作范围的仿真分析,得到了与液压挖掘机性能相关的主要参数尺寸和工作范围的包络曲线图,说明了多液压缸复合运动的高效性。根据对挖掘阻力的分析,对挖掘机铲斗挖掘时的受力状况进行了动力学仿真,得到了动臂、斗杆、铲斗等构件各铰接点处的受力情况及相应曲线,为进一步分析研究挖掘机工作装置的强度提供了依据。通过对液压挖掘机进行参数化处理,得出了铲斗四连杆机构几何尺寸的变化对传动比的影响,从而确定了对挖掘力的影响,为优化传动比打下基础。
于海亮[8]2009年在《液压挖掘机反铲装置研究》文中研究说明挖掘机是工程机械的一个主要机种,它广泛应用于矿山开采、道路工程、国防施工、农用水利等基本建设之中。随着我国经济建设的迅猛发展,特别是国家加大公路、铁路、住宅、和水利设施的投资,挖掘机越来越显示出在国民经济建设中的巨大作用。虚拟样机在液压挖掘机设计、制造的过程中都发挥着重要的作用。在挖掘机开发的投入期应用虚拟样机技术能缩短设计周期,节约设计经费。在挖掘机产品制成之后又可以进行虚拟样机仿真实验,代替物理样机实验进行子系统及参数的优化。美国机械动力学公司的ADAMS虚拟样机分析软件,是世界上目前使用范围最广、最负盛名的机械系统仿真分析软件。该模型可以在ADAMS软件中直接建造,然后在几何模型上添加力/力矩和运动驱动。最后执行一组与实际情况十分接近的运动仿真测试,所得的测试结果就是机械系统工作过程中的实际运动情况。液压挖掘机反铲装置是完成液压挖掘机各项功能的主要部分,其结构的合理性直接影响到液压挖掘机的工作性能和可靠性能。本文主要就是利用ADAMS软件对液压挖掘机反铲装置进行研究,从而对挖掘机的挖掘性能作进一步的分析。主要的研究工作及相应的结论主要有以下几个方面：1.对挖掘机的反铲工作装置进行运动分析,以及对斗齿尖挖掘力进行力学分析.2.在研究液压挖掘机整机系统的基础上,借助虚拟样机技术理论的指导,提出了挖掘机虚拟样机的实现策略,即根据抽象建模的需要将挖掘机划分为有机关联的单学科系统及模型,分别在不同的支撑软件上建模,再将各子系统模型集成为挖掘机虚拟样机。3.对系统仿真原理进行了研究,主要研究了机械和液压系统的建模方法,分别利用相关学科理论和软件建立了挖掘机机械和液压系统仿真模型。上述子系统模型分别在商品化动力学仿真软件ADAMS和叁维造型软件PROE中实现。通过在ADAMS/View中对挖掘机虚拟样机机械系统工作范围的仿真分析,确定了挖掘机的整机工作范围,得到了液压挖掘机的一些特殊工作尺寸。根据对挖掘阻力的分析,对挖掘机铲斗挖掘时的受力状况进行仿真,得到了各铰接点处的受力情况,为零件的强度分析提供了基础。在ADAMS/Hydraulics中建立了虚拟样机液压系统,并将各部分模型有机集成,实现了液压挖掘机机械与液压系统的联合仿真。
张圣峰[9]2011年在《挖掘机多学科联合仿真研究与能耗分析》文中认为我国挖掘机技术的创新能力不足,没有掌握驱动与控制系统的核心技术,尤其是液压传动与控制系统中的关键元件,如液压泵和多路阀。本文依托玉柴挖掘机YC60为平台进行挖掘机虚拟样机的基础研究,采用专业建模软件为支撑,构建了一个集成多学科系统的精细虚拟样机模型,并对挖掘机虚拟样机进行了联合仿真分析。基于多学科联合仿真的虚拟样机研究可以更加方便地对挖掘机进行评价和优化,增加对系统运行时的特性与状态的了解,判别其设计是否合理,缩短设计周期,减少设计盲目性,确保产品试车时的安全性和稳定性。论文的主要结构如下：第一章,首先从市场需求,性能要求及挖掘机使用特点上介绍了LUDV系统在小型挖掘机上的应用,介绍了课题来源、项目研究背景以及国内外的研究现状,论证了将虚拟样机技术应用于液压挖掘机设计的必要性和可能性以及其实施的策略,确定了课题主要的研究内容和研究方法。第二章,在对LUDV液压系统的原理及数学模型进行分析的基础上,详细阐述了LUDV型液压系统结构及特性,重点介绍了多路阀和恒功率泵的工作原理,利用AMESim软件对LUDV液压系统进行了建模。第叁章,应用叁维CAD软件SolidWorks建立了挖掘机主要部件的模型,并完成了整机的虚拟装配。在此基础上完成了由叁维SolidWorks模型向ADAMS运动学模型的转换和导入,并合理地添加约束和驱动,生成了主要部件的虚拟样机。在ADAMS中进行仿真计算和结果后处理,通过对仿真结果分析确定了挖掘机的整机工作范围,得到了液压挖掘机的一些特殊工作尺寸。第四章,介绍了虚拟样机联合仿真的机理,并建立了AMESim和ADAMS联合仿真样机模型,测定了仿真所需参数,由简到繁进行了样机模型的验证,分析了几种工况和条件下提高系统效率的途径。第五章,依托玉柴YC60挖掘机为试验平台,介绍了试验用到的设备、仪器及数据的采集和处理过程,试验测试获得了典型工况下系统的特性曲线,与样机的仿真结果进行对比分析,验证了所建样机模型的精确性。第六章,总结了论文的主要研究工作,指出了下一步的研究方向。
牛多青[10]2008年在《液压挖掘机工作装置虚拟样机设计及其有限元分析》文中研究表明市场竞争的不断加剧使得产品开发速度日益成为最具挑战性的因素,而我国传统工程机械行业却由于新产品开发周期长,成本高,导致产品严重老化、缺乏市场竞争力。虚拟样机技术的逐渐成熟为解决这些问题提供了强有力的工具和手段。针对现有液压挖掘机设计评价手段存在的不足,将虚拟样机技术引入挖掘机设计开发领域。全文主要从以下几个方面进行研究:首先介绍了虚拟样机技术的基本理论框架,回顾了国内外在此方面的研究现状和发展趋势,论证了将虚拟样机技术应用于液压挖掘机设计的必要性。在研究液压挖掘机整机系统的基础上,借助于虚拟样机技术理论的指导,提出了挖掘机虚拟样机的实现策略,即根据抽象建模的需要将挖掘机划分为有机关联的单学科系统及模型,分别在不同的支撑软件上建模,再将各子系统模型集成为挖掘机虚拟样机。对系统仿真原理进行了研究,主要研究了机械的建模方法,分别利用相关学科理论和软件建立了挖掘机工作装置仿真模型。上述子系统模型分别在商品化动力学仿真软件ADAMS和叁维造型软件Solidworks中实现。通过在ADAMS/View中对挖掘机虚拟样机工作装置工作范围的仿真分析,确定了挖掘机的整机工作范围,得到了液压挖掘机的一些特殊工作尺寸。根据对挖掘阻力的分析,对挖掘机铲斗挖掘时的受力状况进行仿真,得到了各铰接点处的受力情况,为零件的强度分析提供了基础。针对多年来人们在设计机械时把静强度作为主要准则,出现保守设计的情况,应用ANSYS软件建立了挖掘机工作装置在不同工况下的叁维有限元模型,对工作装置进行了模态分析。最后在上述状态下得出了加筋板与不加筋板时工作装置的模态参数,并讨论了两种情况对工作装置振型与频率的影响,提高了工作装置的刚度,大大改善了工作装置的受力情况。
参考文献：
[1]. 液压挖掘机虚拟样机液压系统仿真及集成技术的研究[D]. 许杭. 浙江大学. 2002
[2]. 液压挖掘机虚拟样机系统仿真分析[D]. 冯丽. 河北工业大学. 2005
[3]. 挖掘机器人虚拟样机建模技术及其应用研究[D]. 刘静. 浙江大学. 2005
[4]. 挖掘机负载敏感系统的联合仿真及能耗分析[D]. 武宏伟. 太原理工大学. 2008
[5]. 液压挖掘机整机建模和节能技术的研究及应用[D]. 王爽. 合肥工业大学. 2004
[6]. 液压挖掘机产品开发中的虚拟样机技术研究[D]. 黄爱文. 浙江工业大学. 2008
[7]. 液压挖掘机工作装置的虚拟样机仿真分析[D]. 杨彦龙. 河北工业大学. 2007
[8]. 液压挖掘机反铲装置研究[D]. 于海亮. 中南林业科技大学. 2009
[9]. 挖掘机多学科联合仿真研究与能耗分析[D]. 张圣峰. 浙江大学. 2011
[10]. 液压挖掘机工作装置虚拟样机设计及其有限元分析[D]. 牛多青. 安徽农业大学. 2008
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