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1、挖掘机液压系统设计与仿真 机电111 指导老师：宋老师 设计的主要内容 1.了解液压挖掘机的结构 发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等组成 2.挖掘机液压系统设计要求 液压挖掘机一个实现各个运动所要求的液压控制系统。 3.挖掘机液压系统模型建立与仿真 采用sim软件建立液压挖掘机的液压模型并验证设计的正确性。 挖掘机工作原理 液压系统驱动,人为操 控； 行走，回转，大臂， 斗杆，铲斗联合运动 实现了挖掘机的功 能。 挖掘机工况分析 挖掘过程主要以 铲斗缸或斗杆缸分 别单独动作来实现 ，或两者复合动作 ，有时还需要配以 动臂液压缸的动 作。 液压系统方案的设计 铲斗油缸作用力的分析
2、反铲装置载作业过程中，当以转 斗挖掘为主时，其最大挖掘力为 铲斗油缸设计的依据。 铲斗油缸作用力为： 斗杆油缸作用力确定 挖掘机以铲斗挖掘时，最大 挖掘力由斗杆油缸提供。斗 杆油缸最大作用力的计算位 置为动臂下方到最低位置， 斗杆油缸作用力对斗杆与动 臂铰点有最大力臂。 动臂油缸作用力分析 动臂油缸作用力，即最大提升力 ，以能提升铲斗内装满土壤的工 作装置至最大卸载距离位置进行 卸载来确定。 马达排量的确定 名称马马达转转速马马达排量 回转马达1500r/min25ml/r 行走马马达2000r/min30ml/r SimulationX的简介 SimulationX 是一款分析评价技术系统内
3、各部件相互 作用的权威软件，是多学科领域建模、仿真和分析 的通用CAE工具，并具有强大标准元件库，这些元 件库包括：1D力学 、3D多体系统、动力传动系统、 液力学、气动力学、热力学、电子学、电驱动、磁 学和控制。另外，SimulationX还具有强大的后处理 系统。 SimulationX的基础功能模块是工程系统设计、建模 和分析应用的基础 首先打开Simulationx的工作界面，根据之前 所设计的挖掘机液压原理图，明确我们所需 要的液压元器件，在这个工作界面的最左边 的元器件库找到我们所需的液压，机械，电 气，传热，磁路元件库，并从中找出所需的 内燃机、信号器、液压泵、液压缸、液压马 达
4、、三位四通换向阀等所需的元器件。并把 他们拖入正中间的工作界面。那么就选取了 这些液压元器件。 元件的选取 挖掘机系统的模型建立 元件的参数设置 1.参数设置是仿真中比较关键的一步，我们可以在草图的元器件 上直接设置。所以，仔细的设置的每一项成为仿真能否成功的前 提。 2.在参数设置中我们要把前面计算设计的各个液压缸，液压马达 ，液压泵等等的一系列的输入仿真系统中进行仿真。 液压泵的参数设置 双击工作界面上的液压泵， 进入液压泵的参数设置界面 ，在这个参数设置中我们可 以按照要求设置液压泵的最 大工作排量。以及A口B口 的死区容积等等。然后打开 仿真结果显示设置。 换向阀的参数设置 液压缸的参
5、数设置 在液压缸的参数设置中，需 要设置液压的行程，活塞直 径，以及杆的直径，这些在 之前的液压缸的设计中已经 计算过，把计算出的数据， 直接填入相应的位置。这里 的死区容积我们采用默认 值。 液压泵仿真结果曲线 泵的转速曲线：仿真开始后， 随着内燃机活塞杆的运动，把 动力传送到液压泵，液压泵开 始转动，进过极短的时间达到 最大，达到最大以后随着液压 缸外加负载的影响，泵开始减 速，最终在0.1秒时稳定在3000 转。在3秒的时候，液压缸停止 工作，液压马达开始接入，泵 的转速随之减小，最终稳定在 3000转左右。6秒时内燃机转速 的变化引起了泵转速的变化。 铲斗缸的仿真曲线 信号铲斗缸沿X轴
6、的位移 斗杆缸的仿真曲线 信号图 斗杆缸位移图 动臂缸的仿真曲线 信号 动臂缸的位移 回转马达的仿真曲线 输入信号马达的转速曲线 液压臂的局部仿真 挖掘臂的液压仿真模型图挖掘机动臂机械结构 液压缸仿真结果 仿真信号液压缸的A口的容积 总结 由上面给定的信号仿真出液压缸A口的容积可以看出 ，他们的仿真结果是符合给定信号的，仿真是正确 的。 通过这一系列的工作，我们就能模拟出挖掘臂的挖掘 工作，采用了液压动力驱动，用Simulationx结合了 Solidworks，在Simulationx中实现了3D的铲斗挖掘和 斗杆挖掘运动。这对进一步设计挖掘机的其他部分提 供了参考，在以后的挖掘机液压系统的进一步的设计 和改进中有了原型。以后进一步的设计可以参考这个 思路和模型。
