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重慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 外文原文： of s E to of as an of of in a a on of of it id to is by a of At by of of as of of of by on of 0s·A) is 慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 1 or is in an in in is a be to of is of of to it is to on in in on to of s et al to of by it is to In on of of to by of of at of 2 of he is Fc of of so on at ，is B； Fc be cl to 1B， ac is 慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 is to c， ac be an d G2 3 of m2 m3 of be by O2 3 G2′3′l， G2 3 on x of a of on In on of s of an d by In to be to on W by an is In an d of of as an In on by of )y is of Q1 2 in to pl，ps pr of of A1 2 of in of xv is of m is of of s 慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 of of 慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 3 of of n of A to of be as Xv(s)／ Iv(s)=(1+ (1) Xv is of m； KI is of m／ A； b is of s： (t)(t)d of to A． of n in to be ??? 11 2 222 ? ?= p? is of cd is (N·s)； w is of m； ρ is 1p? p? M of is p? is a In by p? of of of of s o， of on be It is is to of is ? 0)(/2 1 ??? ? (2) 0)(2 ?? ? ? ? 0)(/2 2 ??? ? 0)(2 ?? ? (3) 重慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 (2) be 1=t),I(t)≥0 (4) is of s, ??of of At be by On it of is by of of be of be ?? ?? ?? ?? 1 2 of c?is in so N/ of t is of in is is of be s (5) 重慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 ??????2211(6) c is N·s／ m． of (4)— (6)， be ? ? ? ? ?? ? ? ?21201 ??? (7) (s) is of y; ? ?122211 / ?? ? ;1V2;1? ?2212122 c ?? ? . 4 of (7)， it is in to of s So it is to of To of by in on he of it is is no of 1，O2 3， So is to 5)． m 6)be as of 1 at an of as ?s ? 1 s ? ?? of 1，1 to ． to M=J? ,we (8) 重慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 1 /s ? ? 2/?（ 9） is of to 1,kg·it be as 312111 233222211 ?????(10) J2 3 of to of be by on m, m, m. (9)c=at be 2/? (11) on he of 1 ?? ??? 3121111 321s i n (12) ? 2111 , 31to 1′ ， G2′3′；，of ? ?s 21 ?? ??? (13) of he of be by in 050． of of by is At [11]． on be 1))． to we 0s·A)． 重慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 of by 1） of is to of It is is to of of of is be )](/[)]()([)( 212011 ??? of of （ 2） of we 2/? ， (31211 3121 ??? ??? of 0s·A) ， I is of 2008 5 3 82慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 譯文： 挖掘機臂液壓系統(tǒng)的模型化參量估計 何清華，赫鵬，張大慶 摘 要 首先介紹了液壓挖掘機的一個改裝的電動液壓的比例系統(tǒng)。根據(jù)負載獨立流量分配（ 系統(tǒng)的原則和特點，以動臂液壓系統(tǒng)為例并忽略液壓缸中的油大量泄漏，建立一個 力平衡方程和一個液壓缸的連續(xù)性方程?；陔妱右簤旱谋壤y門的流體運動方程，測試的分析穿過閥門的壓力的不同。結(jié)果顯示壓力的差異并不會改變負載，此時負載接近 后假設穿過閥門的液壓油與閥芯的位移成正比并且不受負載影響，提出了一個電液控制系統(tǒng)的簡化模型。同時通過分析結(jié)構和承重的動臂裝置，并將機械臂的力矩等效方程與旋轉(zhuǎn)法、參數(shù)估計估計法結(jié)合起來建立了液壓缸以等質(zhì)量等為參數(shù)的受力平衡參數(shù)方程。最后用階躍電流控制電液比例閥來測試動臂液壓缸中 液 壓 油 的 階 躍 響 應 。 根 據(jù) 實 驗 曲 線 ， 閥 門 的 流 量 增 益 系 數(shù) 被 確 定 0s·A)，并驗證了該模型。 關鍵詞 ： 挖掘機，電液比例系統(tǒng)，負載獨立流量分配（ 系統(tǒng)，建模，參數(shù)估計 重慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 1 引言 由于液壓挖掘機具有高效率、多功能的優(yōu)點，所以被廣泛應用于礦山，道路建設，民事和軍事建設，危險廢物清理領域。液壓挖掘機在施工機械領域中也發(fā)揮了重要作用。目前，機電一體化和自動化已成為施工機械發(fā)展的最新趨勢。因此，自動挖掘機在許多國家逐漸變得普遍并被認為重點。挖掘機可以用許多控制方法自動地控制操作器。 每種使用方法，研究員必須知道操作器結(jié)構和液壓機構的動 態(tài)和靜態(tài)特征。即確切的數(shù)學模型有利于控制器的設計。然而，來自外部的干擾使得機械結(jié)構模型和各種非線性液壓制動器的時變參數(shù)很難確定。關于挖掘機時滯控制的研究已經(jīng)有人在研究了。 用模糊的滑動方式和阻抗來控制挖掘機動臂的運動， 采取了阻抗對挖掘機遠距傳物的控制。液壓機構非線性模型已經(jīng)由研究員開發(fā)出來了。 然而，復雜和昂貴的設計控制器限制了它的應用。在本文，根據(jù)提出的模型，根據(jù)工程學和受力平衡，挖掘機臂液壓機構模型簡化為連續(xù)均衡的液壓缸和流動均衡的電液比例閥；同時，確定了模型的參量的估計方法 和等式。 2 挖掘機機械臂概述 液壓挖掘機的挖掘研究結(jié)果如圖 1。在圖中， 示液壓缸，動臂的重力，斗桿，鏟斗的重力等在 B 點合力，其方向是沿著液壓缸 向 ； 分解成 他們的方向分別為垂直于和平行于 加速度 方向與 相同的，并且 可以分解成 別是動臂，斗桿和鏟斗的重心 ； ； 鉸接點 ； 別是 挖掘機的臂被認為是一個三個自由度的的機械手（三個 測斜儀 分別裝在動臂，斗桿和鏟斗上）。在跟蹤控制實驗中，其目標軌跡是根據(jù)挖掘機機械手運動學方程確定的。然后，動臂，斗桿和 鏟斗的動作有操作員控制。為了適應自動控制，普通液壓控制挖掘機應改造電動液壓控制挖掘機。 基于 原有的液壓系統(tǒng)，把先導液壓控制系統(tǒng)更換為先導電液控制系統(tǒng)。重慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 新改進的液壓系統(tǒng)如圖 2 所示。在這系統(tǒng)中，因為動臂，斗桿和鏟斗具有相同的特點，將動臂的液壓系統(tǒng)作為一個例子。在先導電液控制系統(tǒng)中，先導電液比例閥是在原始的 要閥門基礎上增加比例泄壓閥衍生出的并且用電子手柄替代液壓手柄。 挖掘機的改裝系統(tǒng)仍是具有良好的可控性的 統(tǒng)（圖 3 ）。在圖 3 中 ， 別 代表流進和流出液壓缸的流量； 別表示汽缸的有桿腔和無桿腔，系統(tǒng)和回油路的壓力； 別表示汽缸的有桿腔和無桿腔的面積； 表閥芯的位移； m 代表加載的負載； 圖 1 挖掘機工作裝示意圖 圖 2 挖掘機液壓系統(tǒng)示意圖 重慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 圖 3 改造后 壓系統(tǒng)示意圖 3 模型的電液比例系統(tǒng) 動液壓的比例閥門 動力學特性 在本文中，電液比例閥包括比例減壓閥和 要閥 Xv(s)／ Iv(s)=(1+ (1) 其中 拉 普拉斯變換 值，單位為 m； 電液比例閥獲得的液流，單位為 m/A； b 是一階系統(tǒng)的時間常數(shù)，單位為 s； (t)I(t)和 別表示比例閥門的控制潮流和克服靜帶的各自潮流，單位為 A 。 動液壓的比例閥門的流體運動方程 在 本文中，實驗性機器人挖掘機采取了 統(tǒng)。根據(jù) 統(tǒng)的理論，可以得到流體運動方程 ： 重慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 ??? 11 2 222 ? ?= 其中 p? 是負荷傳感閥門的壓力差，單位為 徑流系數(shù)，單位為 (N·s)；w 是管口的面積梯度，單位為 m； ρ 是油密度，單位為 kg/1p? 和 2p? 分別為二個管口壓力，單位為 挖掘機流程沒有飽和時， p? 是一幾乎恒定。在本文中，其值由實驗測試得到。 在圖 4 中， p? 分別表示系統(tǒng)壓力、負荷傳感閥門壓力和它們的壓力差；壓力系統(tǒng)的實驗曲線顯示三種不同的壓力值。雖然 著荷載而改變，但是他們的區(qū)別不會隨著荷載而改變，其值接近對 此，對橫跨閥門的流量的作用 p?可以被忽略。假設，流 過閥門的流量與管口閥門的大小成比例，并且荷載不影響流量。那么方程 (2)能被 簡化為 ： t),I(t)≥0 (4) 其中 閥門流量系數(shù)，單位為 m2/s；并且 ?/2 ?圖 4 動臂移動壓力曲線圖 壓缸的連續(xù)性方程 一般來說，工程機械不允許外泄。當前，外在泄漏可以通過密封技術控制。另 一? ? 0)(/2 1 ??? ? （ 2） 壓力 0)(2 ?? ? ? ? 0)(/2 2 ??? ? 0)(2 ?? ? (3) 時間 重慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 方面，由實驗證明了挖掘機內(nèi)部泄漏是相當小的。因此，液壓機構內(nèi)部和外在泄漏的影響可以被忽略。當油流進汽缸無桿腔并且進入到有桿腔內(nèi)時，連續(xù)性方程可以寫成 ： ?? ?? ?? ?? 其中 別表示流入及流出的液壓缸液體的體積，單位是 m3；c?是 有效體積模 量 （包括液體，油中的空氣等），單位是 N/ 壓缸力的平衡方程 據(jù)推測，液壓缸中油的質(zhì)量可以忽略，而且負載是剛性的。那么可以根據(jù)牛頓的法律得到液壓缸的力量平衡等式： ??????2211(6) 其中 黏阻止的系數(shù)，單位是 N·s/m。 動液壓的比例系統(tǒng)簡化的模型 方程 (4)— (6)在拉伯拉斯變換以后，簡化的模型可以表達為： ? ? ? ? ? ?? ? ? ?21201 ??? (7) 其中 Y是 ? ?122211 / ?? ?； 11 ? ?2212122 c ?? ? 。 4 參量估計 從塑造的過程和方程 (7)中可以得到在確切的簡化的模型中與結(jié)構，運動情況以及挖掘機動臂的體位有關的所有參量。而且，這些參量是時變。因此要得到這些參量的準確值和數(shù)學等式是相當難的 。要解決這個問題，本文提出了估計方程和方法來估算模型中的這些重要參數(shù)。 算液壓缸負載 液壓缸臂上的負載（假定沒有外部負載）由動臂，斗桿和鏟斗上的負載組成。在圖 1 中，動臂，斗桿和鏟斗分別繞著各自的鉸接點旋轉(zhuǎn)。因此他們的運動不是沿著汽(5) 重慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 缸的直線運動，也就是說他們的運動方向與方程（ 5）中的 y 的方向是不同的。因此方程（ 6）中的 m 不能簡單的認為是動臂，斗桿和鏟斗質(zhì)量的總和。 考慮到機械手的坐標軸心 械手的轉(zhuǎn)矩和角加速度可考慮如下： ?s ? 1 s ? ??其中的 M 和 ? 分別是工作裝置對 轉(zhuǎn)矩和角加速度。1 到點 B 的長度；由轉(zhuǎn)動定律 M=J? 可得： 1 /s ? ? ，即 ： 2/? (9) 其中 的 J 是工作裝置指向 等效轉(zhuǎn)動慣量，單位是 kg·且寫成如下式子： 312111 233222211 ?????(10) 別是動臂，斗桿和鏟斗對各自的中心的慣性力矩；它們的值可以通過模擬動態(tài)模型得出 m， m， m。 比較方程（ 9）和 Fc=以得出點 B 的等效質(zhì)量： 2/? (11) 壓缸負載的估算 工作裝置對于 效力矩等式為： ??? ??? 3121111 321s i n (12) 其中?? 2111 , 11 點到 ， 點的距離；那么反力負荷為： ? ? ?s 21 ?? ??? (13) 益系數(shù)閥流量的估計 流量傳感器可以測量泵的流量。用于這項工作的儀器為多系統(tǒng) 5050 型。動臂液壓缸流量的階躍響應在電液比例閥控制下的結(jié)果如圖 5 所示。同時，該曲線驗證等式(11) 。根據(jù) 實驗曲線和等式 (1)和 (4)可確定 范圍。那么根據(jù)圖 4 中的數(shù)據(jù)我們可得出： 0s·A) 。 (8) 重慶交通大學二 屆畢業(yè)設計（論文） ?譯文 圖 5 動臂液壓缸流量的階躍響應在電液比例閥控制下的曲線圖 5 結(jié)論 （ 1） 電液控制系統(tǒng)的數(shù)學模型是根據(jù)挖掘機的特點發(fā)展起來的。假定流過閥的流量與閥口大小成正比，并忽略液壓系統(tǒng)的內(nèi)部和外部泄漏影響。簡化模型可以得到：)](/[)]()([)( 212011 ??? ，其中 Y（ s）和 Xv(s)分別是活塞和閥芯的位移。 （ 2） 從電液 控制系統(tǒng)的模型中，我們可以得到等效的質(zhì)量 ，承載力)( 31211 3121 ??? ??? 流量增益系數(shù)的值 0s·A)，其中 電液比例閥的增益系數(shù)。 出自：中南大學學報（英文版） 2008年第 15卷第 3期 382— 386頁 流量（L/時間