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1、作為典型的機(jī)電液一體化產(chǎn)品,挖掘性能是挖掘機(jī)的核心性能指標(biāo),對(duì)挖掘性能的研究是實(shí)現(xiàn)機(jī)械、液壓和控制系統(tǒng)性能匹配的前提,更是實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)節(jié)能、高效和智能化的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者針對(duì)挖掘性能的研究取得了很多成果,也存在一些不足。這些不足主要體現(xiàn)在以下方面:現(xiàn)有方法并不能解決實(shí)際挖掘過(guò)程中挖掘阻力的準(zhǔn)確求解問(wèn)題;強(qiáng)度分析結(jié)果與實(shí)際失效形式不符,缺乏對(duì)工作裝置動(dòng)靜態(tài)強(qiáng)度分析的有效方法;現(xiàn)有理論挖掘力模型無(wú)法得到挖掘機(jī)在極限挖掘工況下所能發(fā)揮的
2、最大挖掘力,也不能針對(duì)復(fù)合挖掘工況的挖掘能力進(jìn)行有效評(píng)估;現(xiàn)有圖譜分析法不能對(duì)挖掘性能作出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。為解決這些問(wèn)題,本文主要針對(duì)實(shí)際挖掘過(guò)程中挖掘阻力模型、應(yīng)力和挖掘阻力測(cè)試平臺(tái)、動(dòng)靜強(qiáng)度分析和驗(yàn)證方法、理論挖掘力建模和挖掘性能分析方法等方面進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究。本研究主要內(nèi)容包括:
?、呕谄矫媪ο翟?提出一種將挖掘阻力系向切削刃合成為切向阻力、法向阻力和阻力矩的方法,使挖掘阻力的準(zhǔn)確求解成為可能。建立液壓挖掘機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)
3、力學(xué)模型,結(jié)合挖掘阻力系合成結(jié)果,提出實(shí)際作業(yè)過(guò)程中挖掘阻力準(zhǔn)確求解的測(cè)試計(jì)算方法,突破了利用經(jīng)驗(yàn)公式和模擬方法預(yù)測(cè)挖掘阻力大小的現(xiàn)狀,使斗形裝置實(shí)際作業(yè)中挖掘阻力特性分析成為可能,為挖掘性能相關(guān)研究奠定理論基礎(chǔ)。
?、平⒁簤和诰驒C(jī)工作裝置姿態(tài)、應(yīng)變和油壓的同步采集測(cè)試平臺(tái),并完成多次挖掘過(guò)程中多種數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換和擬合。利用測(cè)試數(shù)據(jù)和挖掘阻力模型,計(jì)算各種挖掘工況對(duì)應(yīng)的挖掘阻力,根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系計(jì)算所有測(cè)點(diǎn)在挖掘過(guò)程中的當(dāng)量
4、應(yīng)力,為挖掘阻力特性研究和應(yīng)力結(jié)果對(duì)比提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
?、菍?duì)比實(shí)際挖掘過(guò)程的動(dòng)應(yīng)力峰值與相同挖掘姿態(tài)下的靜應(yīng)力仿真值,分析靜強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果與真實(shí)動(dòng)應(yīng)力之間的關(guān)系,研究液壓挖掘機(jī)工作裝置廣義動(dòng)載系數(shù)的范圍,提供一種利用靜強(qiáng)度分析手段解決動(dòng)載荷問(wèn)題的方法。
?、壤脤?shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù),基于達(dá)朗貝爾形式的挖掘阻力模型,計(jì)算出動(dòng)臂和斗桿各個(gè)鉸點(diǎn)在實(shí)際挖掘過(guò)程中的載荷譜。將其作為外載,利用瞬態(tài)分析方法仿真動(dòng)臂和斗桿整體動(dòng)應(yīng)力分布規(guī)律。對(duì)比
5、動(dòng)應(yīng)力的測(cè)試與仿真結(jié)果,不但驗(yàn)證了瞬態(tài)分析過(guò)程的正確性,找到一種動(dòng)強(qiáng)度分析的可行方法,也驗(yàn)證了挖掘阻力模型的正確性。
?、衫脤?shí)際挖掘過(guò)程中挖掘阻力的測(cè)試計(jì)算結(jié)果,從總體特性、力值大小和方向特性3個(gè)方面分析挖掘阻力各個(gè)部分的變化規(guī)律,基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理研究阻力系數(shù)、阻力矩系數(shù)、阻力角、差值角的主值區(qū)間和概率密度。研究斗形裝置在真實(shí)作業(yè)過(guò)程中的挖掘特性和挖掘阻力變化規(guī)律,為工作裝置的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和理論挖掘力模型的建立提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
6、> ⑹基于挖掘阻力的總體特性和力值大小特性提出極限挖掘力的概念和計(jì)算模型,解決了現(xiàn)有理論挖掘力模型無(wú)法計(jì)算出挖掘機(jī)本身在單獨(dú)挖掘工況下所能發(fā)揮的極限挖掘力問(wèn)題;基于復(fù)合挖掘過(guò)程中挖掘阻力的方向特性,提出并建立了復(fù)合挖掘力的概念和模型,為復(fù)合挖掘過(guò)程挖掘能力的評(píng)價(jià)提供一種方法,突破現(xiàn)有理論,奠定了液壓挖掘機(jī)挖掘性能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的理論基礎(chǔ)。
?、送黄埔酝诰蜃藨B(tài)為研究對(duì)象的傳統(tǒng)方法限制,提出基于工作域的圖譜分析法。該方法從根本上避免了因
7、一個(gè)挖掘點(diǎn)對(duì)應(yīng)多種挖掘姿態(tài)而帶來(lái)的問(wèn)題。以挖掘阻力的測(cè)試計(jì)算結(jié)果為基準(zhǔn),對(duì)比基于工作域的圖譜分析法與傳統(tǒng)方法,結(jié)果表明:基于工作域的圖譜分析法能夠更為準(zhǔn)確的反映所在挖掘點(diǎn)的挖掘能力,基于此得到的挖掘力圖和挖掘限制圖揭示了挖掘力及其限制因素的區(qū)域性分布規(guī)律,能夠準(zhǔn)確展現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的挖掘性能。利用基于工作域的圖譜分析法研究了4種噸位相近的中型反鏟液壓挖掘機(jī)的挖掘性能,分析過(guò)程顯示該方法不僅可以提供較為直觀的理論挖掘力及其限制因素分布圖,還可
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