基于VB的反铲液压挖掘机回转系统研究.pdf

基于 V B的反铲液压挖掘机回转系统研究 张磊， 冯坤鹏 ， 白晶， 杨迎超 中联重科股份有限公 司渭南分公司 摘要 论述挖掘机回转动作分析的重要性， 对回转单独动作和回转兼动臂提升复合动 作进行理论分析， 将过程通过 V B平台进行分析计算， 为反铲液压挖掘机动作协调性的优化 提供理论设计依据。 关键词 VB； 挖掘机； 回转系统； 动作分析 液压挖掘机循环作业包括挖掘 、 动臂上升兼 回 转、 卸载 、 回转兼动臂下降等一系列动作。循环作业 中， 动臂上升兼 回转和 回转兼动臂下降两个动作所 需时间之和约占循环作业总时间的 7 0 ％。为在设计 新机型时预测 回转系统性能 ， 也为 了改善现有机型 性能 ， 本文对 回转系统相关动作进行理论分析 。回 转动作分析包括两部分 ， 即回转单独动作与动臂上 升兼回转动作。至于回转兼动臂下降动作 ， 其动作 解析为边 回转， 动臂边下降， 直到铲斗齿尖接触挖 掘点 。由于回转和动臂下降液压 回路相互独立 ， 为 平行液压回路。回转单独动作所需要的时间比动臂 下降单独动作所需要的时间更长， 所以回转兼动臂 下降所需时间等同于回转单独动作所需时间。 实际动臂上升兼回转动作时， 斗杆卸载动作也 同时发生 。在双泵平行回路中 ， 斗杆卸载 ， 动臂上升 由双泵 以下称为 A泵 与 B泵合流 同时供油 ， 回转 动作由单泵 以下称为B泵 供油。 平行回路由压力 平衡确定 回转马达 、 动臂 、 斗杆液压缸 的流量。但是 包含斗杆卸 载动作 时 ， 解析 比较复杂 ， 所 以本文 只 限定为动臂上升兼 回转 同时动作 。 1 回转单独动作分析 1 ． 1 回转单独动作分析模式 为了便于分析回转动作 ，回转动作分以下两 种模式进行。在图 1中可体现两种模式马达的流 入量 。 图 1 回转马达流量图 模式 1 回转加速减速过程 即如图 l中， 用 D 一c曲线段表示 ， 该过程实际为从 回转开 始一直加速， 但 尚未达到额定回转速度， 就开始减 速的过程 。 模式 2 回转加速 ， 达到额定回转速度后减速的 过程 即如图 1中， D D F曲线段 。 判定模式类 型， 根据 回转开始到减速停止的 回 转角度决定。 1 ． 2 回转性能计算 1 ． 2 ． 1 回转加速域 1 平均 回转加速度 12 1 r a d ／ s 0 1 式中 T a 为回转马达加速转矩， N m ； L为回转部件 惯性矩 ， N m S 此变量在动臂升降过程 中不是常 作者简介 张磊 1 9 8 5 一 ， 男， 陕西咸阳人 ， 工程师 ， 研究方向 挖掘机在环测试与控制技术研究。 一 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 数 ， 程序中已考虑其变化情况 。 2 加速区域角速度 ∞ r a d ／ s r t l 6 0 1『 a 1d t a lx t C 2 J U 式中 C为积分常数 初始速度 ， t 为加速时间 ， S 。 3 回转角度 0 。 r t l 0 1 J l d t x 1 8 0 ／ 3 J U 1 ． 2 ． 2 额定 最大恒定 回转区域 1 额定 最大 回转速度 n r ／ m i n n Q x l 0 0 0 x T ／ ／ q 4 式中 Q为泵最大流量， L ] m i n ； 7 ／ 为泵的容积效率； 口为马达实际排量 ， m L ／ r 。 2 回转最大速度 额定 回转时转数 N r ／ mi n N n ／ i i 6 5 式中 i 为回转减速器传动比； 为回转支承与 回转 小齿轮的传动 比。 3 额定回转时角速度 ∞ r a d ／ s 2 2 x r N ／ 6 0 6 4 恒定回转转动角度 。 0 2 o 9 2 x t 2 x 1 8 0 ／ r 7 式 中 t 为额定 回转时间， S 。 1 ． 2 ． 3 回转减速域 1 减速时加速度 啦 一 a 3 一 ／ L 8 式 中 为 回转马达减速转矩 ， T T a ／ n ； 7 1 为 回转总 机械效率， 即回转减速器机械效率、 回转支承与小齿 轮啮合的机械效率及回转马达的机械效率之积。 回转减速转矩 的理论值可通过 T T J n 计算得 出 ， 但作者的经验是实际动作中的减速转矩要 比理 论值小 ， 推断是 由于回转溢流阀的过载特性和泄漏 引起的。虽然此式 比加速转矩稍大一点 ， 但是当前 ， 为了安全考虑 ， 减速转矩可采用式 8 计算 。今后 ， 将在对比实测值的基础上， 设定更接近实测值的计 算方式。 2 减速时角速度 r a d ／ s r岛 3 ∞ 11 一 a 3d t 9 J U 式中 t 。 为减速时间 ， S 。 回转停止时 ∞ ， O 1 0 3 回转角度 0 3 。 r t 3 0 3 l 3 d t x 1 8 0 ／ 盯 1 1 J U 一 1 4 1 ． 2 ． 4 回转启动停止角度和所需时间 1 启动停止角度 0 。 0 0 1 2 3 1 2 2 过程所需时间 t s t t l 2 3 1 3 1 ． 2 ． 5 回转总时间的计算 回转角度 0被指定情况下 ，各动作所需时间设 为 t 。 1 回转模式 1 加速时角速度为 。 ， 未达到额定 回转时角速度 为 ∞ ， ∞ ， 此时， 额定 回转区域不存在 ， 则 t l { 0 x ／ a 1 x 9 0 j 1 4 3 卵 X t 1 1 5 t t t 3 1 6 2 回转模式 2 加速时角速度 ∞ ，已达到额定 回转时角速度 2，则 t t 1 2 3 1 7 2 动臂上升兼 回转同时动作分析 动臂上升兼 回转 同时动作 比回转单独动作分 析更为复杂， 原因是回转单独动作时 ， 只关注回转 A 泵即可 。动臂上升兼回转同时动作 时 ， 动臂上升回 路一般都采取两泵合流， 所以回转 A泵与动臂 B泵 形成平行 回路如图 2 所示 。动臂上升操作停止时 、 泵 A的排量全部流入回转马达。则复合动作时， 动 臂液压缸动作引起回转马达的油流量是时刻变化 的， 所 以解析较为复杂 ， 以下仅对动臂上升动作 中 的回转动作过程进行分析。 动臂液压缸 的液压油流入量为 由泵 A流量 Q 与泵 B流量 Q 的总流量减去马达的液压油流人量 所得 的流量 。 此时在马达进 口压力的作用下， 随回转 速度 的增加流量不断增加。 在图 2液压回路中， 马达 进 口压力会 随着动臂的动作压力变化而变化 ，导致 进入马达 的流量时刻在变化 ，所以只有到达最大速 度 此时的最大速度小于回转单动作时的额定回转 速度 后， 速度才能稳定。其分析如图3 ， 4 ， 5 所示。 此时，动臂上升兼 回转动作 中， A泵流量设为 Q L ／ ra i n ， B泵流量设为 Q L ／ ra i n ； 动臂上升动作 停止后 ， 单独回转时 B泵的流量设为 Q 。 L ／ ra i n 。 2 , 1 模式 A 回转加速动作中 ， 动臂液压缸达到最 大行 程 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图2 动臂上升兼回转液压系统原理图 PA l pB 1 图 3中，动臂液压缸达到 b 点， 其对应时刻 t 前 回转 马达 的累积流量 Q 为 0 c 一O所 围区 域的面积 。另一方面 ， 动臂液压缸的累计流量 Q 为 0 一c 一6 一 一O 所 围区域的面积。 图 4中 p 为动臂动作时 A泵的压力 ； p 为动 臂动作 时 B泵 的压力 ； p A 2 为回转溢流时 A泵 的压 力 ； p 为无负荷时 B泵的压力 ； p 为额定回转时 A 泵的压力。 2 ． 2 模式 B 回转达到额定 回转速 度后 。 动臂液压 缸达到 了最大行程 图 5中， 此时达到时间 t 之前 回转马达的累计 流量为 产 一O区域的面积 。动臂液压缸 的 累积流量为 0 一c 一 g 一0区域面积。 曲线 ， 6 c 部分分析如下 沿着马达流量曲线 ， 泵的功率曲线 同时上升 ， 一旦马达加速停止则马达 的压力下降 ，此 时两泵会随着功率增加 而流量增 加 ， 当泵的流量增加后 ， 马达会再次出现加速 ， 直到 动臂动作压力引起的减速区 图 3 模式 A流量 曲线图 图 4泵的功率 曲线 达到最大转速 。这一 系列的压力变化 比较复杂 ， 而 且短时间内发生 ， 假设马达呈直线状在达到最大流 量前一直加速 ， 则计算上 0 _ 的线条要延长。 3 回转动作分析程序化 VB是 目前开发 Wi n d o w s 应用程序最为迅速 、 简捷 的程序设计语言 ， 具有 功能强大 ， 易于掌握的 特点 ，能够直接用它对 Wo r d 、 E x c e l 和 A u t o C A D进 行二次开发 ，所以本次采用 V B进行挖掘机 回转系 统分析软件的开发 。本文将复杂的挖掘机回转分析 过程通过V B开发平 台转化成可视化 的曲线 图形 ， 并将关键数据以 E x c e l 格式 自 动输出，以便于挖掘 机研发人员的相关理论计算程序化 ， 提高了设计与 分析效率。回转分析流程图如图 6所示 ， 当动臂初 始高度及终了高度相等时 ， 即为回转单动作 的分析 流程。 一 1 5一 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 6 回转分析流 程图 利用本文开发 的挖掘机设计分析软件对 回转 单动作及与动臂提升复合动作分别进行仿真分析， 结果如图 7和图 8所示 。 程 序 分析 过程 均假 设 挖掘 机从 静止 开 始运 动， 从图 7 可以看出， 当输入启动、 制动马达转矩， 最大 额定 转速及从静止到回转停止的角度等参 数后，可分析出单独回转过程中回转角度与时间 的关系 曲线 ；图 8 所示 的回转兼动臂提升分析模 块相对复杂， 输人参数较多 ， 可分析生成 回转马 一 1 6一 达 与动臂液压缸流量变化 曲线 、回转角度 与时间 关 系曲线 、斗杆与铲斗铰点高度与 回转 角度 变化 曲线 、 动臂液压缸速度 曲线及 回转速度 曲线 ， 分析 比较全 面 ，通过 以上分析结果可为 回转系统优化 提供理论设计依据。 为进一步验证理论解析及程序分析的正确性 ， 我们对某型号挖掘机进行 了实际测试与程序计算 的 对比， 结果如表 1 所示。为了更全面地对 比分析， 分 别就空载和满载工况进行了回转角度及时间的对 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 挖掘机回转性能实测理论对 比表 加速时间， s 加速角度 ／ 。 制动时间 ， s 载荷 动作模式 实测 理论 误差 实测 理论 误差 实测 理论 误差 模式 数据 计算 ／ ％ 数据 计算 ， ％ 数据 计算 ， ％ 回转单 空载 3 ． 7 0 3 ． 6 O 3 ． 4 6 l 3 0 l 3 2 1 ．9 3 2 ． 2 l 1 ． 9 8 1 0 ． 4 动作 满载 4 ． 1 0 3 ．9 0 4 - 3 9 l 1 2 1 2 0 7 ． 2 4 2 ． 7 4 2 ． 4 9 9 ． 1 2 动臂提升 空载 5 ． 4 8 5 ． 2 0 4 ． 5 6 1 5 1 1 5 7 3 ．9 7 1 ． O 1 O ． 9 2 8 ． 9 1 兼 回转 满载 5 ． 7 8 5 - 3 0 7 ． 6 l 1 4 8 1 5 2 2 ．9 l 1 ． 4 5 1 - 3 3 8 ． 2 8 制动角度 ， 。 总时间， s 总角度 ， 。 载荷 动作模式 实 测 理论 误差 实测 理论 误差 实测 理论 误差 模式 数据 计算 ／ ％ 数据 计算 ， ％ 数据 计算 ／ ％ 回转单 空载 5 4 ．5 4 9 ． 0 1 0 ． 1 0 5 ． 9 1 5 ． 5 5 6 ． 0 6 1 8 4 1 8 l 1 ． 6 3 动作 满载 7 0 ．0 6 3 ． 4 9 ． 4 3 6 ． 8 4 6 ． 4 l 6 ． 2 9 1 8 2 1 8 3 0 ． 8 2 动臂提升 空载 2 9 ．O 2 6 ．O 1 0 - 3 O 6 ． 4 9 6 ． 1 5 5 ． 2 4 1 8 O 1 8 0 O ． o o 兼回转 满载 3 2 ． 9 2 9 ．9 9 ． 1 2 7 ．2 3 6 ． 6 7 7 ． 7 5 1 8 1 1 8 2 0 ． 7 2 [ 4 ]牛又奇， 孙建国． 新编 V i s u a l B a s i c 程序设计教程[ M】 ． 苏 州 江苏大学 出版社 ， 2 0 0 2 ． 通信地址 陕西省渭南市朝阳大街西段 8 6号 中联重科渭南 分公司研究院 7 1 4 0 0 0 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 0 4 车辆道路模拟试验道路谱获取方法研究 王望 良， 刘汉光 ， 孟东阁， 徐 昌城 江苏徐州工程机械研究院 摘要 对包括接触式道路谱测量法、 非接触式道路谱测量法 、 真实路形测量法、 谐波叠加法、 滤波 白噪声法和载荷谱迭代法在内的 6种道路谱获取方法进行阐述， 并按原理将其划分成直接测量法、 仿真 模拟法和载荷谱迭代法等 3 类； 从原理、 特点和应用场合等方面对这些方法进行对比分析， 总结出车辆 道路模拟试验道路谱获取方法的选择原则 ， 为车辆结构动强度和可靠性试验提供依据和参考。 关键词 道路谱 ； 路面不平度 ； 仿真 ； 迭代 汽车道路模拟试验具有不受天气条件制约、 试验周期短 、 试验结果精度 高、 重复性 和可控性好 等优点 ， 有利于提高产品研发质量和效率n 】。因此， 道路模拟试 验技术在汽 车工程界越来 越受重视 。 近年来 ， 许多学者已在轿车、 轻型汽车和重型车辆 的道路模拟试验方面开展了相关研究『2 ]。 道路模拟 试验技术主要是通过获取路面激励信号，并作为 台架试验的驱动信号 ， 用于激励台架试验机， 进而 开展车辆结构动强度 和疲劳试验。道路模拟试验 技术的关键是获取准确可靠的路面激励信号 ， 即 道路路面谱 。 目前 ，国内外对道路谱获取方法的研究主要 作者简介 王望良 1 9 8 3 一 ， 男， 湖北咸宁人， 工程师， 硕士， 研究方向 汽车可靠性工程。 一 1 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m