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重慶交通大學二 屆畢業(yè)設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計（論文） ?譯文 of of 慶交通大學二 屆畢業(yè)設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(gòu)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(yīng) 。 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(guān)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(shè)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(yīng)用于礦山，道路建設(shè)，民事和軍事建設(shè)，危險廢物清理領(lǐng)域。液壓挖掘機在施工機械領(lǐng)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(gòu)和液壓機構(gòu)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(shè)計。然而，來自外部的干擾使得機械結(jié)構(gòu)模型和各種非線性液壓制動器的時變參數(shù)很難確定。關(guān)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(gòu)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(shè)計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)工程學和受力平衡，挖掘機臂液壓機構(gòu)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(yīng)自動控制，普通液壓控制挖掘機應(yīng)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(shè)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(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(shè)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(shè)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(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(shù)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(shè)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(gòu)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(gòu)，運動情況以及挖掘機動臂的體位有關(guān)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(shè)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(yīng)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(shè)計（論文） ?譯文 圖 5 動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