液壓挖掘機(jī)振動(dòng)掘削機(jī)理及其過(guò)程優(yōu)化建模與智能控制策略研究.pdf

1、至今為止，廣泛應(yīng)用的液壓挖掘機(jī)由于掘削方式所限，仍然存在著能量利用率較低以及作業(yè)能力相對(duì)不足等嚴(yán)重問(wèn)題，如何對(duì)工程機(jī)械中的能耗大戶--液壓挖掘機(jī)實(shí)施節(jié)能減排和智能控制，已成為工程技術(shù)研究的焦點(diǎn)之一。為了直接減小液壓挖掘機(jī)掘削阻力，使在掘削作業(yè)過(guò)程中達(dá)到低能耗、高效率，并具有一定的自適應(yīng)能力，本文以國(guó)家863課題[2003AA430200]“挖掘機(jī)的機(jī)電一體化及制造信息化”為依托，結(jié)合教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”[NCET-05-06

2、97]，將振動(dòng)理論應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)掘削過(guò)程，采用理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，以期探索一種合理有效的新型液壓挖掘機(jī)土壤掘削方法，并對(duì)其掘削過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化建模與智能控制策略研究，論文的主要工作如下： (1)研究了土壤靜強(qiáng)度特性、動(dòng)強(qiáng)度特性，探討了土壤掘削原理及失效機(jī)理，進(jìn)行了巖土破碎過(guò)程靜態(tài)加載和動(dòng)態(tài)載荷作用下的仿真實(shí)驗(yàn)研究，得到了動(dòng)態(tài)載荷振動(dòng)沖擊作用不但可以大幅降低掘削阻力，也可以改善刀具的受力方式，從而使得巖體在低于破壞強(qiáng)度時(shí)

3、就產(chǎn)生破壞的結(jié)論。 (2)針對(duì)液壓挖掘機(jī)振動(dòng)掘削過(guò)程鏟斗激振力檢測(cè)信號(hào)不可避免地受到噪聲干擾的實(shí)際情況以及該檢測(cè)信號(hào)含噪聲特征，應(yīng)用軟門限方法對(duì)以寬帶隨機(jī)噪聲為背景的信號(hào)IMF分量作門限處理，提出了一種基于EMD的含噪信號(hào)噪聲處理的算法，并進(jìn)行了仿真應(yīng)用研究，所獲得的去噪處理算法為分析提取鏟斗激振力信號(hào)的特征線譜提供了有力的工具。 (3)建立了基于LS-SVM的液壓挖掘機(jī)振動(dòng)掘削過(guò)程土壤參數(shù)在線辨識(shí)算法，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行

4、了土壤固有頻率等參數(shù)的在線辨識(shí)仿真研究，在線辨識(shí)仿真及共振柱實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該土壤參數(shù)在線辨識(shí)算法具有更小的誤差、更好的辨識(shí)能力和較高的辨識(shí)精度，更能適合于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的辨識(shí)。 (4)分析了激振頻率、振幅和插入速度等對(duì)振動(dòng)掘削阻力的影響，并對(duì)其進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)選匹配，基于振動(dòng)參數(shù)的優(yōu)選匹配試驗(yàn)的極差分析結(jié)果，利用正交擴(kuò)展型函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了土壤振動(dòng)掘削阻力軟測(cè)量模型，并采用函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了相應(yīng)的在線自校正。通過(guò)與實(shí)測(cè)值對(duì)比驗(yàn)證

5、了該軟測(cè)量模型的建模精度和泛化能力。 (5)建立了靜態(tài)掘削、正弦波激振掘削、三角波激振掘削三種掘削方式的液壓挖掘機(jī)掘削功率消耗模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，找到了一種節(jié)能效果較好的振動(dòng)掘削方式。 (6)開(kāi)發(fā)了一種將專家控制、非線性PI控制器以及單神經(jīng)元相結(jié)合，采用自適應(yīng)粒子群優(yōu)化方法對(duì)其參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)整定的液壓挖掘機(jī)振動(dòng)掘削智能控制系統(tǒng)，提出了基于Ultronics雙閥芯結(jié)構(gòu)控制閥的振動(dòng)掘削執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制策略，并對(duì)其數(shù)據(jù)通訊和控

6、制模式實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。 (7)搭建了SWE85型液壓挖掘機(jī)振動(dòng)掘削實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并對(duì)振動(dòng)掘削控制系統(tǒng)的平穩(wěn)性、高頻響應(yīng)特性、控制策略的適用性以及振動(dòng)掘削阻力和功率消耗情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了所開(kāi)發(fā)的液壓挖掘機(jī)振動(dòng)掘削控制系統(tǒng)具有較好穩(wěn)定性、快速性等性能，符合振動(dòng)掘削的功能要求。采用正弦波振動(dòng)掘削可使掘削阻力降低到70％左右，功率消耗降低到80％左右。 總之，論文對(duì)液壓挖掘機(jī)振動(dòng)掘削新方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，取得了較高