【機械類畢業(yè)論文中英文對照文獻翻譯】數(shù)控系統(tǒng)輔助液壓挖掘機的概念,機械類畢業(yè)論文中英文對照文獻翻譯,機械類,畢業(yè)論文,中英文,對照,對比,比照,文獻,翻譯,數(shù)控系統(tǒng),輔助,液壓,挖掘機,概念 畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 題目RPP平面連桿機構的動態(tài)仿真 專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化 班 級 學 號 078105102 學 生 姓 名 熊礽智 指 導 教 師 朱保利 填 表 日 期 2011 年 03 月 8 日 數(shù)控系統(tǒng)輔助液壓挖掘機的概念 摘要 數(shù)控系統(tǒng)輔助液壓挖掘機操作者的概念被提出和討論。然后，基于描述概念性的控制系統(tǒng)被安裝在專門的數(shù)控平臺上，平臺上配備D/A和A/D轉換器，已經在小型液壓拉鏟挖掘機K-111的工裝上應用。實驗結果表明它能滿足所有描述的需求，并且能用于輔助機器操作員工作。它能為精密工具做引導，了解的運動的自動重復和特定工具軌道 (包括最佳的路徑)，還有自動改進或優(yōu)化路徑。工具軌道也能被規(guī)定使用設定模型，使挖掘機成為遙控操縱類別的機器?，F(xiàn)行的系統(tǒng)能基本用于真機控制系統(tǒng)。1998 Elsevier 科學 B.V. 版權所有。 關鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；液壓挖掘機；工具軌道 1 介紹 重型機械的自動化，包括液壓挖掘機在內，始于20世紀七十年代中期并成為可能。這主要由于時實控制系統(tǒng)和高動力性能的液壓元件的發(fā)明。第一臺配備若干機械電子系統(tǒng)的挖掘機被當作模型展示，這是Orenstein 和 Koppel為BAUMA'83 展覽會準備的未來的液壓挖掘機。自從那次以后，許多配備了自動控制系統(tǒng)的器被展現(xiàn)和要求 如引擎操作，泵操作，機器工裝，機器診斷等等。這種系統(tǒng)帶來了真正的幫助和明顯的利潤。舉例來說, 被裝備 LITRONIC 系統(tǒng)的 LIEBHERR R902挖掘機（對于挖溝機），對比沒有配備這種自動控制系統(tǒng)的相同機型來說，效率提高達40％成本降低30％。雖然一些機器的自動系統(tǒng)（在一些情況下的優(yōu)化）發(fā)展的相當快，但是直到現(xiàn)在主要的機器程序－推處理-沒有適當?shù)睦斫夂兔枋?。它的自動化相當?shù)挠邢蓿ㄈ缰貜瓦\動和激光平行系統(tǒng)等等），并且優(yōu)化處理系統(tǒng)還沒有發(fā)展。比較新的實驗結果清晰地表明，優(yōu)化的工裝軌跡在連續(xù)材料情況下，工具的尖端不得不沿著前一個推擠過程形成的滑道運動。實際上了解這樣的軌跡和真機，為工具的運動建立了一個特別的控制系統(tǒng)是必要的，這使得實現(xiàn)這樣的軌跡像實現(xiàn)其它幫助操作員實現(xiàn)其它任務一樣。考慮到日益加重的機器的發(fā)展，這種系統(tǒng)必須適應數(shù)控電—液驅動。經核實試驗結果，這種控制系統(tǒng)的概念在這篇文章中提出。 2 工具軌跡的優(yōu)化 實驗發(fā)現(xiàn)[1，2]由于重型機械工裝的作用，在土壤運動過程中，沿著滑線方向形成了剛性區(qū)域（清楚科技昂的裂紋）。沿著滑線方向，材料的參數(shù)改變了（初始的內聚力C減小到殘余值接近Cr=0）。在簡單工具推擠垂直墻的過程中，力轉移關系表明水平力隨著推擠垂直墻過程而增長，但處在一個不穩(wěn)定狀態(tài)。在力減弱的同時，一個運動學機制在工具作用結束而產生。這種機制周期的產生，而且能用塑性理論的可容學機制來描述[4－8]（如圖1）。 圖 1 年行土壤在水平工具向前推擠過程中的典型變形（在理論上） 下了很大的功夫作了描述土壤切削過程的塑性變形理論, 那里的問題,積極施壓剛性壁對顆粒介質(下平面應變作出反應) 被假設為簡化模型土壤搡. 在這種情況下, 該方法的特點是采用〔3,9〕和若干理論方法(靜力學和運動學) ,得下 假設剛性塑性土壤中的行為. 雖然一些邊值問題解決這個方式 存在若干局限在獲取完整的解決方案,甚至運動學-根據十大受理的[9] 尤其是對于更先進的地球切削過程. 另一種方法,基于動準予三方機制 建議后來[5]和應用的描述更先進地球搡鎢十大流程[ 6,7,10-12 ]。 讓我們討論推擠平面應變剛性墻問題，如圖1所呈現(xiàn)的。假設材料使剛塑性的并且服從庫倫－莫爾屈服準則： 在這里，C----材料凝聚力，φ----內部摩擦力。 流規(guī)則的形式： 在這里，G(σij)代表塑性潛力。 在發(fā)生時可能是描述的屈服準則（如公式（1）），關聯(lián)流動法則是假設,當另一項功能被采用時,流動規(guī)律是不相關。 利用這種方法,并假定改變材料參數(shù)的滑移線[6，7], 不同動受理解剛性壁搡過程中,才能提出和解決預測最小能量搜查。 對于形狀如“L”形的剛性墻的動力學允許的解在圖1中體現(xiàn)，主要展示經驗觀察的結果。隨著進程的進展，橫向力愈來愈來不穩(wěn)定，并且當這種力減少的時候，在工具的末端同時產生了動力學機制，這種機制周期的產生。這種理論描述的預計情況和實驗的主要結果比較吻合[ 6,7,10-12 ]。 考慮到實驗觀察和理論的方法，試驗的表示是可能的，一旦滑線在前后連續(xù)的材料里面產生，那么工具的尖端很可能沿著先前的產生的滑線運動[12]。實驗在基于平面應變的情況下的特殊實驗室內完成[1,12],應用人工合成的材料，這種材料模仿粘土和其相應的參數(shù)，這種材料由50％的水泥，20％的斑脫土，18％的砂子和白色的凡士林混合構成。白色的凡士林的使用是為了得到粘性土壤，是土壤的參數(shù)不受空氣的溫度和液體流的影響，并且確保這些參數(shù)在實驗過程中保持穩(wěn)定。 典型的實驗結果[12]，在圖2和圖4中展示出來，以相同的方法挖出相同等的材料（約60N）?！癓”形的工具以58的角模擬傾斜了現(xiàn)實過程（LA=180mm），是首先推入到一個特定的位置斜度（如圖2－b）。當工具以45向前時，工具的尖端作用于材料的自由邊界，滑線就周期的被產生了。在下一個階段（縮回階段）工具的尖端沿著三個垂直的線運動（如圖2－c），伴隨著工具的旋轉，工具被挖起的材料填滿（如圖2－d）。那些直線傾斜的角度α＝30，40和50。α角的值是40和50的更接近工具的水平推擠過程形成的滑線的傾斜度（如圖2－c）。在如此的情況下，它的意思是工具的末端幾乎沿著滑線移動，在滑動過程中，材料的內聚力c由于材料的軟化而急劇下降。 這些過程的具體能量適合不同的初步水平位移，在每次測試中選擇確定的相似的挖出量（600N）。如圖3所示，可以看出在α＝30的情況下，具體的能量單元比在α＝40和α＝50時都高（甚至高出100％）。然而，在進行刀尖沿線傾斜的角度，類似的角度滑線的傾向，填土過程的具體的能量可以大大減少。 圖 2 斜坡樣本的實驗過程：（a）工具和斜坡模型；（b）過程的第一階段－水平移動； （c）軌跡變化和水平移動發(fā)展階段；（d）過程的最后階段 圖 3 在兩相分明的軌跡情況下‘撤回線’在不同斜度下的具體工作值 實驗結果表明，發(fā)生在粘性土推土過程中：（1）沿著滑線材料形成剛性區(qū)域，這里的材料參數(shù)極大的改變（內聚力）；（2）機器的工具沿著先前產生的滑線移動，推土過程極大的節(jié)省能量（填土工具）。這個觀察可能是填充過程的基礎。 3 算機輔助控制系統(tǒng)的基本 據之前顯示，在推土過程中分析土體變形的力學機理，可能決定刀具軌跡的優(yōu)化。然而，在連續(xù)的材料中產生了工具沿著滑線的自動移動，這必須成為被提倡的系統(tǒng)的一個重要選項。這也應該成為精密工具的向導，自動重復已經確認的運動（例如“討論會”），實現(xiàn)一些手工不能實現(xiàn)的工具動作等等。 考慮到對重型機器自動化的經驗少，這樣的系統(tǒng)應該被裝配在機器上來協(xié)助操作員，并且扮演決定性和控制性的角色。因此，在控制系統(tǒng)和操作員之間的適當?shù)姆蛛x是必要的。 這種用于挖掘機上的控制系統(tǒng)是建立在實驗室范圍上的，其基本假設可以闡述如下[13]，（1）控制中心的操作系統(tǒng)是基于兩個數(shù)字系統(tǒng)的協(xié)作下的。第一個通過控制液壓缸的位置來控制機械夾具的運動。第二個為第一個系統(tǒng)產生控制信號。（2）在標準工況下，夾具液壓缸的比例液壓閥通過計算機來控制。直接的操作員控制僅在出現(xiàn)緊急情況下才能用。（3）機器環(huán)境和控制系統(tǒng)之間的反饋是通過操作員來實現(xiàn)的。他連續(xù)的參加機器夾具運動控制的過程中。（4）為了了解這種人工控制不能實現(xiàn)的工具運動，操作員有可能通過硬件或軟件來調整單個液壓缸的位移。（5）操作員有可能轉換夾具運動的自動控制來認識特殊的工具軌跡。在這里，工具的尖端沿著滑線或特定的已經確認的或是事先存在的軌跡移動。（6）優(yōu)化的工具軌跡也可以被認為是操作員給定的軌跡的修正。（7）系統(tǒng)可以在考慮某些限制的基礎上來修正操作員說給定的軌跡，如：幾何關系限制，泵的最大能力限制，泵的最大輸出限制和泵的最大功率限制等等。 現(xiàn)行的概念是基于操作員和控制系統(tǒng)之間的協(xié)作，這就是說夾具的移動是在控制系統(tǒng)修正下的操作員的控制或是在操作員的命下控制系統(tǒng)的自動化控制。 4 控制系統(tǒng)功能實例 控制系統(tǒng)基于上述理念被安裝在一個特殊的數(shù)控場合，配備有PC和C/A、A/C轉換器。在小型液壓挖掘機K-111的設備中有所應用[14-17]。夾具利用液壓缸的位置控制系統(tǒng)來實現(xiàn)夾具的位移控制。夾具液壓缸位移是靠變量柱塞泵反饋的成比例液壓值來控制的。夾具液壓缸控制系統(tǒng)基于三個液壓控制系統(tǒng)，每個控制系統(tǒng)應用PID或是狀態(tài)控制器，控制不同的液壓缸的位移[14]。 它可以用 工具軌跡計劃編制，測量作用力和位移，以及其它于夾具位移有關的量來控制夾具的位移。實驗的數(shù)據的獲得也是可行的。 當建立控制系統(tǒng)時，應該考慮的相當重要的問題之一是工具軌跡計劃編制的方法。這種方法（通常）從兩步來認識[15],在第一步中，計劃和決定軌跡的形狀。在第二步中，軌跡曲線已決定性的方法按時間進行參數(shù)化，這種決定性的方法把軌跡定義在廣義坐標內。在此基礎上，推廣到廣義坐標的時間描述機器構造空間被決定。挖掘機在這種情況下，液壓缸的長度都是相匹配的。然后，它們作為控制系統(tǒng)信號被用于重復計劃好的軌跡。有些系統(tǒng)能力描述如下。 4..1 工具沿著指定好的路線移動 為實驗平臺建立的控制系統(tǒng)，在挖掘機工作空間或是在其構造空間內運動應用“點對點”技術用這種方法，坐標的最初和最終的點以及足夠數(shù)量的特有的節(jié)點被定義。然后描述這個點的值被導入系統(tǒng)，而其余各點的軌跡的計算采用內差值法。線性的或是三次多項式差值法被應用。軌跡的時間參數(shù)化才能通過確定的軌跡運行時間，以及其劃分個別路徑環(huán)節(jié)而被認識?？紤]到系統(tǒng)計算液壓缸的速度的一些限制，測定兩個相鄰點之間的運行時間（或者在最優(yōu)化的情況下）。 在這樣的標準挖掘施工情況下，很難精確實現(xiàn)軌跡，在這里同時移動兩三個液壓缸是必要的。 4.2 工具運動建模 另一種控制裝置運動的方法控制建模，它有些象機器人上的控制單元，這種控制依靠幻影執(zhí)行。理解為運動學的重復或是機械運動學的模型[18]，配備有系統(tǒng)測量的移動參數(shù)。以這種方式控制的挖掘機成了要控機器[19]。 設定模型是按K-111挖掘機裝置的1/10建立的模型，位于該板塊。三個電位計位于旋轉軸的模型單元里。來自這些電位計的信號允許我們決定裝置的構造。機械底部提供的模型，限制了個別裝置元件，來自K-111挖掘機的轉角值。特別開關啟動系統(tǒng)。 設定模型是只能用于規(guī)劃中刀具的路徑，以及在其運動的刀具軌跡并用點的方法把它們記錄下來，當以2下兩種情況下軌跡點被記錄：較以前的位置相比，液壓缸的總長度增加到高于假設時；與前面的記錄時間相比時記錄的數(shù)據更晚時。 路徑的點在不包括斷點的定時間隔下被記錄。路徑的節(jié)點以相應的裝置液壓缸的長度來定義。其它的軌跡點的計算由計算機在構造空間內以插值法配置。不在軌跡上的點的計算依靠建模標記。并可以忽視在區(qū)間的節(jié)點這相當于若干采樣周期。這種軌跡的參數(shù)的實現(xiàn)是基于假設的液壓反饋輸出上的。因此，系統(tǒng)通過節(jié)點的記錄和為裝置液壓缸位置控制系統(tǒng)而設定的決定點進行操作（基于已經描述的節(jié)點和假設輸出反饋）。 如果建模的裝置移動變慢，對于適當?shù)募僭O反饋輸出而言，真正的挖掘機裝置的移動象模型移動一樣。對于快速移動來說，路徑規(guī)劃的進展的實現(xiàn)依靠真正的挖掘機的裝置。 實驗結果表明對于依靠建模來控制的裝置移動在圖4中展示出來，在這里用建模來表示挖掘機裝置軌跡的階段被展現(xiàn)出來。虛線表示的是建模，實線表示真正的挖掘機裝置和涉及的節(jié)點路徑點。在那種情況下，按照假設反饋輸出，設置液壓缸位置控制系統(tǒng)的軌跡節(jié)點在圖4也有展示。建模的軌跡也就是機械裝置的軌跡，于可重復利用的值在圖5中展示。標記成Jlw、Jlr和Jll的值是在移動中意味著液壓缸位置（計劃的和確定的位置）是錯誤的。 JxMax和JyMax表示水平方向和垂直方向的最大的不同。圖6表示的是液壓缸長度建模（基本心好來源于固定線）的改變，并且計算K-111的裝置（虛線）液壓缸的改變控制系統(tǒng)，以及在移動中的錯誤響應（點線）。并于隆隆聲的運轉用指標（w），臂（r）和鏟斗（l）標記。 圖4 應用建模描述挖掘機裝置軌跡的連續(xù)階段 建模信號的運行和真實裝置設置點之間的不同源于基于假設反饋輸出的時間參數(shù)化的方法（建模的移動超過真實裝置的可能的移動）。 4.3 沿著直線的工具移動 在當前的情況下，裝置的液壓缸的同時移動通過硬件實現(xiàn)，這意思就是通過建模實現(xiàn)。它也可以通過軟件來實現(xiàn)，這意思是通過機器操作者實現(xiàn)（用專門的按鈕）。機器在任意工作空間內，工具水平或垂直切削角度保持為常數(shù)。在構造空間內，以點的方法描述工具路徑。此外，機器操作者可以決定移動速度。速度靠控制系統(tǒng)考慮輸出反饋的情況下保證正確。水平運動的控制結果在圖7和圖8中表示出來。切削工具的軌跡在圖7中表示出來。他們假設反饋的計算長度以點線表示出來。工具軌跡的時間參數(shù)化方法于建模相似，看起來操作者給的速度太高，并且系統(tǒng)修正的液壓缸移動適時的與假設輸出反饋相保持。工具沿著斜線移動的例子在圖9和圖10中展示出來。在圖中工具軌跡和相應液壓缸被畫出來，這樣的移動以水平和垂直運動之和來實現(xiàn)（斜線以水平和垂直速度來合成）。例如，沿著斜線的軌跡可以在推擠過程的退回階段沿著滑線或自動形成，使得土壤陡坎。 圖5 建模的路徑（Xu，Yu）和機器裝置路徑（X，Y）描述的軌跡 圖6 建模中液壓缸的長度變化（實線），控制系統(tǒng)計算的液壓缸的長度（虛線），在裝置移動中的錯誤的響應（點線）。 圖7 水平運動的切削工具軌跡 圖8 指示速度的裝置液壓缸的計算長度（實線）和反饋輸出的假設計算長度（點線） 圖9 傾斜移動的切削工具軌跡 圖10指示速度的裝置液壓缸的計算長度（實線）和反饋輸出的假設計算長度（點線） 4.4 沿著滑線的工具的自動移動 實驗結果分析的土壤搡過程顯示，預計理論滑線的位置合周期的優(yōu)化工具軌跡是可能的?？梢栽隍炇仪闆r下的均勻材料中實現(xiàn)。在現(xiàn)實情況下，當材料不是均勻的或是不好定義的時，材料的滑線必須自動的被探測?；€探測的自動化過程是基于觀察的，當工具開始穿透稠密的材料時，作用在工具上的水平力的增加時可以觀察的。這種情況也發(fā)生在當工具尖端從沿著滑線（這里的物質密度相當小）向沒有動過的材料（滑線上下沒有改變的材料）移動時。然而，推力增加的觀察能被用于滑線的探測。這個過程在下面簡要介紹和實現(xiàn)。 切削工具的移動時水平、垂直合旋轉運動的合成，并且的水平反作用力被測量和跟蹤。首先，當水平力下降時，工具水平向前移動，同時伴隨滑線系統(tǒng)從末端產生，一個特別的過程（以旋轉工具為例）被實現(xiàn)。然后，當水平力增加并且超過定義值時。工具按照指定的位移值垂直運動，并且再進行水平移動（工具的旋轉被增加）。如果這樣，工具再一次垂直運動（按照所描述的位移），并且然后水平運動等等，這樣工具的尖端自動沿著滑線移動（以步進方式）。 初步測試的結果在圖11和圖12中展示出來。作為一個簡化的模型，工具沿著土壤陡坡傾斜0.61rad的可能被調查。為了定義水平力的最大值和定義垂直位移，控制系統(tǒng)自動沿著陡坡跟隨工具。橫向力于橫向位移和工具軌跡進行滑線偵察在圖11中展示。圖11的部分放大在圖12中展示，圖12展示了控制系統(tǒng)的作用。 圖11橫向力與橫向位移和刀具軌跡進行滑移線偵查 圖12 圖11的部分放大圖 5 總結 實驗結果表明,提出的控制系統(tǒng)能夠滿足上述所有要求的描述,可以用來作為機床操作協(xié)助。自動重復實現(xiàn)運動，專用工具（包括高度優(yōu)化路徑）軌跡的實現(xiàn)和自動改進或實現(xiàn)路徑的優(yōu)化。工具軌跡也可以用建模來規(guī)定，使挖掘機成為遙控機器?，F(xiàn)行的系統(tǒng)能作為真實機器控制系統(tǒng)的基礎。 致謝 這個研究得到了KBN7T07C00412工程‘用于挖掘機這類重型機械的土壤搡過程的優(yōu)化’的贊助，并在基爾科技大學實現(xiàn)。 參考文獻 1、D. Szyba, W. Tra?mpczyn′ski, An experimental verification of kinematically admissible solutions for incipient stage of a cohesive soil shoving process, Eng. Trans. 42 （3）（1994） 243–261. 2、A. Jarze?bowski, J. Maciejewski, D. Szyba, W. Tra?mpczyn′- ski, Experimental and theoretical analysis of a cohesive soil shoving process （the optimisation of the process）, Proc. 6th European ISTVS Conference, Sept. 28–30, 1994, Vienna, Austria. 3、W. Szczepin′ski, Limit states and kinematics of granular media, PWN, 1974, in Polish. 4、R. Izbicki, Z. Mro′z, Limit states analysis in mechanics of soils and rocks, PWN, 1976, in Polish. 5、W. Tra?mpczyn′ski, J. Maciejewski, On the kinematically admissible solutions for soil–tool interaction description in the case of heavy machine working process, Proc. 5th ISTVS European Conference, Budapest, 1991. 6、W. Tra?mpczyn′ski, A. Jarze?bowski, On the kinematically admissible solution application for theoretical description of shoving processes, Eng. Trans. 39（1）（1991） 75–96. 7、 Z. Mro′z, J. Maciejewski, Post critical response of soils andshear band evolution, 3rd Workshop on localisation and bifurcation theory for soils and rocks, Aussois, France, September 1993. 8、R.L. Micha?owski, Strain localization and periodic fluctuations in granular flow processes from hoppers, Geotechnique 40 （3） （1990） 389–403. 9、 W. Tra?mpczyn′ski, The analysis of kinematically admissible solutions for different shape wall movement, Theor. Appl. Mechanics 1 （1977） 15, in Polish. 10 、A. Jarze?bowski, D. Szyba, W. Tra?mpczyn′ski, Application of kinematic solutions for soil shoving process description, Go′rnictwo Odkrywkowe 36 (1994) 2. 11、 A. Jarze?bowski, D. Szyba, W. Tra?mpczyn′ski, On some theory of plasticity solutions for the heavy machine earth- working process, Eng. Trans. 42 (4)(1994) 399–416, 45%. 12、 A. Jarze?bowski, J. Maciejewski, D. Szyba, W. Tra?mpczyn′- ski, The optimization of heavy machines tools filling process and tools shapes (modelling test results), in: E. Budny, A. McCrea, K. Szyman′ski (Eds)., Sympozjum ISARC 1995, Automation and Robotics in Construction XII, IMBiGS, 1995, pp. 159–166. 13、L. P?onecki, J. Cendrowicz, A conception of the assisting system for the hydraulic excavator operator, Proc. of X Conf. Problems of Working Machines Development, Zakopane, 1997, in Polish. 14、 L. P?onecki, J. Cendrowicz, A digital control of a hydraulic excavator fixture cylinders, Proc. of IX Conference PNEUMA’95, Kielce, 1995, in Polish. 15、L. P?onecki, J. Cendrowicz, On the excavator working tool trajectory planning, Proc. of VIII Conf. Problems of Working Machines Development, Zakopane, 1995, in Polish. 16、 L. P?onecki, J. Cendrowicz, Digital control of excavator fixture, Proc. of XII ISARC Conference, Warszawa, 1995. 17、 L. P?onecki, J. Cendrowicz, A digital control for single-bucket hydraulic excavator, PS′k Reports M-54, 1995, in Polish. 18、J. Cendrowicz, W. Gierulski, L. P?onecki, A hydraulic excavator control system with a setting model, Proc. of IX Conf. Problems of Working Machines Development, Zakopane, 1996, in Polish. 19、M. Olszewski, Industrial robots and manipulators, WNT