重慶交通大學(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 譯文 of of 慶交通大學(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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； 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(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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 cis in so N/ of t is of in is is of be s (5) 重慶交通大學(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 譯文 譯文： 挖掘機(jī)臂液壓系統(tǒng)的模型化參量估計(jì) 何清華，赫鵬，張大慶 摘 要 首先介紹了液壓挖掘機(jī)的一個(gè)改裝的電動(dòng)液壓的比例系統(tǒng)。根據(jù)負(fù)載獨(dú)立流量分配（ 系統(tǒng)的原則和特點(diǎn)，以動(dòng)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(gè) 力平衡方程和一個(gè)液壓缸的連續(xù)性方程?；陔妱?dòng)液壓的比例閥門的流體運(yùn)動(dòng)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(huì)改變負(fù)載，此時(shí)負(fù)載接近 后假設(shè)穿過閥門的液壓油與閥芯的位移成正比并且不受負(fù)載影響，提出了一個(gè)電液控制系統(tǒng)的簡化模型。同時(shí)通過分析結(jié)構(gòu)和承重的動(dòng)臂裝置，并將機(jī)械臂的力矩等效方程與旋轉(zhuǎn)法、參數(shù)估計(jì)估計(jì)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(dòng)臂液壓缸中 液 壓 油 的 階 躍 響 應(yīng) 。 根 據(jù) 實(shí) 驗(yàn) 曲 線 ， 閥 門 的 流 量 增 益 系 數(shù) 被 確 定 0s·A)，并驗(yàn)證了該模型。 關(guān)鍵詞 ： 挖掘機(jī)，電液比例系統(tǒng)，負(fù)載獨(dú)立流量分配（ 系統(tǒng)，建模，參數(shù)估計(jì) 重慶交通大學(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 譯文 1 引言 由于液壓挖掘機(jī)具有高效率、多功能的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于礦山，道路建設(shè)，民事和軍事建設(shè)，危險(xiǎn)廢物清理領(lǐng)域。液壓挖掘機(jī)在施工機(jī)械領(lǐng)域中也發(fā)揮了重要作用。目前，機(jī)電一體化和自動(dòng)化已成為施工機(jī)械發(fā)展的最新趨勢。因此，自動(dòng)挖掘機(jī)在許多國家逐漸變得普遍并被認(rèn)為重點(diǎn)。挖掘機(jī)可以用許多控制方法自動(dòng)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(gòu)和液壓機(jī)構(gòu)的動(dòng) 態(tài)和靜態(tài)特征。即確切的數(shù)學(xué)模型有利于控制器的設(shè)計(jì)。然而，來自外部的干擾使得機(jī)械結(jié)構(gòu)模型和各種非線性液壓制動(dòng)器的時(shí)變參數(shù)很難確定。關(guān)于挖掘機(jī)時(shí)滯控制的研究已經(jīng)有人在研究了。 用模糊的滑動(dòng)方式和阻抗來控制挖掘機(jī)動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)， 采取了阻抗對挖掘機(jī)遠(yuǎn)距傳物的控制。液壓機(jī)構(gòu)非線性模型已經(jīng)由研究員開發(fā)出來了。 然而，復(fù)雜和昂貴的設(shè)計(jì)控制器限制了它的應(yīng)用。在本文，根據(jù)提出的模型，根據(jù)工程學(xué)和受力平衡，挖掘機(jī)臂液壓機(jī)構(gòu)模型簡化為連續(xù)均衡的液壓缸和流動(dòng)均衡的電液比例閥；同時(shí)，確定了模型的參量的估計(jì)方法 和等式。 2 挖掘機(jī)機(jī)械臂概述 液壓挖掘機(jī)的挖掘研究結(jié)果如圖 1。在圖中， 示液壓缸，動(dòng)臂的重力，斗桿，鏟斗的重力等在 B 點(diǎn)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(dòng)臂，斗桿和鏟斗的重心 ； ； 鉸接點(diǎn) ； 別是 挖掘機(jī)的臂被認(rèn)為是一個(gè)三個(gè)自由度的的機(jī)械手（三個(gè) 測斜儀 分別裝在動(dòng)臂，斗桿和鏟斗上）。在跟蹤控制實(shí)驗(yàn)中，其目標(biāo)軌跡是根據(jù)挖掘機(jī)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)方程確定的。然后，動(dòng)臂，斗桿和 鏟斗的動(dòng)作有操作員控制。為了適應(yīng)自動(dòng)控制，普通液壓控制挖掘機(jī)應(yīng)改造電動(dòng)液壓控制挖掘機(jī)。 基于 原有的液壓系統(tǒng)，把先導(dǎo)液壓控制系統(tǒng)更換為先導(dǎo)電液控制系統(tǒng)。重慶交通大學(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 譯文 新改進(jìn)的液壓系統(tǒng)如圖 2 所示。在這系統(tǒng)中，因?yàn)閯?dòng)臂，斗桿和鏟斗具有相同的特點(diǎn)，將動(dòng)臂的液壓系統(tǒng)作為一個(gè)例子。在先導(dǎo)電液控制系統(tǒng)中，先導(dǎo)電液比例閥是在原始的 要閥門基礎(chǔ)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(jī)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(jìn)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(fù)載； 圖 1 挖掘機(jī)工作裝示意圖 圖 2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)示意圖 重慶交通大學(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dòng)液壓的比例閥門 動(dòng)力學(xué)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(shí)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(dòng)液壓的比例閥門的流體運(yùn)動(dòng)方程 在 本文中，實(shí)驗(yàn)性機(jī)器人挖掘機(jī)采取了 統(tǒng)。根據(jù) 統(tǒng)的理論，可以得到流體運(yùn)動(dòng)方程 ： 重慶交通大學(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 譯文 11 2 222 = 其中 p 是負(fù)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； 是油密度，單位為 kg/1p 和 2p 分別為二個(gè)管口壓力，單位為 挖掘機(jī)流程沒有飽和時(shí)， p 是一幾乎恒定。在本文中，其值由實(shí)驗(yàn)測試得到。 在圖 4 中， p 分別表示系統(tǒng)壓力、負(fù)荷傳感閥門壓力和它們的壓力差；壓力系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)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(huì)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(shè)，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(dòng)臂移動(dòng)壓力曲線圖 壓缸的連續(xù)性方程 一般來說，工程機(jī)械不允許外泄。當(dāng)前，外在泄漏可以通過密封技術(shù)控制。另 一 0)(/2 1 （ 2） 壓力 0)(2 0)(/2 2 0)(2 (3) 時(shí)間 重慶交通大學(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 譯文 方面，由實(shí)驗(yàn)證明了挖掘機(jī)內(nèi)部泄漏是相當(dāng)小的。因此，液壓機(jī)構(gòu)內(nèi)部和外在泄漏的影響可以被忽略。當(dāng)油流進(jìn)汽缸無桿腔并且進(jìn)入到有桿腔內(nèi)時(shí)，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(fù)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(dòng)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(dá)為： 21201 (7) 其中 Y是 122211 / ； 11 2212122 c 。 4 參量估計(jì) 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(gòu)，運(yùn)動(dòng)情況以及挖掘機(jī)動(dòng)臂的體位有關(guān)的所有參量。而且，這些參量是時(shí)變。因此要得到這些參量的準(zhǔn)確值和數(shù)學(xué)等式是相當(dāng)難的 。要解決這個(gè)問題，本文提出了估計(jì)方程和方法來估算模型中的這些重要參數(shù)。 算液壓缸負(fù)載 液壓缸臂上的負(fù)載（假定沒有外部負(fù)載）由動(dòng)臂，斗桿和鏟斗上的負(fù)載組成。在圖 1 中，動(dòng)臂，斗桿和鏟斗分別繞著各自的鉸接點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。因此他們的運(yùn)動(dòng)不是沿著汽(5) 重慶交通大學(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 譯文 缸的直線運(yùn)動(dòng)，也就是說他們的運(yùn)動(dòng)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(rèn)為是動(dòng)臂，斗桿和鏟斗質(zhì)量的總和。 考慮到機(jī)械手的坐標(biāo)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(diǎn) B 的長度；由轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)慣量，單位是 kg·且寫成如下式子： 312111 233222211 (10) 別是動(dòng)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(dòng)態(tài)模型得出 m， m， m。 比較方程（ 9）和 Fc=以得出點(diǎn) B 的等效質(zhì)量： 2/ (11) 壓缸負(fù)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(diǎn)到 ， 點(diǎn)的距離；那么反力負(fù)荷為： s 21 (13) 益系數(shù)閥流量的估計(jì) 流量傳感器可以測量泵的流量。用于這項(xiàng)工作的儀器為多系統(tǒng) 5050 型。動(dòng)臂液壓缸流量的階躍響應(yīng)在電液比例閥控制下的結(jié)果如圖 5 所示。同時(shí)，該曲線驗(yàn)證等式(11) 。根據(jù) 實(shí)驗(yàn)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(xué)二 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 譯文 圖 5 動(dòng)臂液壓缸流量的階躍響應(yīng)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(xué)模型是根據(jù)挖掘機(jī)的特點(diǎn)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(xué)學(xué)報(bào)（英文版） 2008年第 15卷第 3期 382 386頁 流量（L/時(shí)間