工程机械多功能试验台牵引及加载性能研究
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摘要
工程机械多功能试验台可悬挂多种工程机械工作装置进行牵引及加载试验,以研究工作装置与介质间的相互作用过程及机理。本文在分析该试验台的机械结构系统、液压系统、控制系统和测试系统的组成、工作原理、功能和性能参数的基础上,对试验台进行了以下方面的重点研究：
根据试验台的牵引(加载)液压驱动系统的工作原理,以试验台悬挂推土机推土铲刀为例,研究了单泵单马达牵引液压驱动的动态牵引特性。分析了单泵单马达牵引液压驱动系统及传动系统;同时,根据台车的牵引工况,进行了试验台的力学分析,绘制了试验台牵引特性曲线；由于该试验台的单泵单马达牵引液压驱动系统为二次调节静液传动系统,所以根据二次调节系统的速度控制和液压功率控制原理,分别进行了试验台的单泵单马达牵引液压驱动系统的恒速控制和恒功率控制的研究,建立了数学模型以及控制框图,进行了仿真研究,并对仿真结果进行了分析。
研究了试验台用作负荷台车时的加载性能。根据二次调节系统的结构和原理,分析了试验台的二次调节系统加载原理；分别建立了恒压变量泵、液压蓄能器和二次元件的数学模型以及二次调节加载系统的整体控制框图,并按不同的加载方式采用PID控制和模糊PID控制分别对二次调节系统和恒压变量泵进行了仿真分析。
根据试验台控制系统的结构组成、控制原理和功能,进行了试验台控制系统的控制程序设计。程序设计的内容包括试验台PLC程序设计、上位机监控程序设计以及推土机推土铲刀切深控制程序设计。
进行了基于AMESim和Adams的试验台动态联合仿真分析。采用机械-液压联合仿真的方法,用动力学仿真软件Adams建立了试验台的机械模型：再用液压仿真软件AMESim建立了试验台的液压模型；并确定了机械模型和液压模型的参数。利用软件接口文件进行数据交换,建立了基于Adams和AMESim联合仿真模型,实现机械-液压系统联合仿真。对仿真结果进行了分析,验证了模型的正确性和可行性。
Multifunctional test bench of construction machinery on which several working devices of construction machinery are attached can be used to make traction and loading experiments for the study on experiments of the interaction between working devices of construction machinery and handled media. Based on analysizing structures, working principles, functions and usages and parameters of mechanical structure system, hydraulic system, controlling system and testing system of the bench, the paper researches followings mainly:
Firstly, based on the working priciple of the towing hydraulic drive system, for example that a blade of a bulldozer is attached on the test bench, the paper researches the dynamic traction characteristics of the one pump-one motor towing hydraulic drive system of the bench, analyzes the hydraulic system and the transmission system, calculating parameters of the transmission systeme. Meanwhile, on the basis of tractive situations, it analyzes forces exerted on the test bench and draws tractive characteristic chart of the bench. Because the hydraulic system of the bench is a secondary regulation system, according to speed regulation property and hydraulic power cotrol theory of the secondary regulation system, it researches respectively constant speed control and constant power control of the hydraulic system of the bench, establishes mathematical models and control workflow diagram, makes simulations of the constant speed control and constant power control and analyzes the results of the simulations.
Secondly, it researches loading characteristics of the bench which is used as a load. It analyzes loading theory of the hydraulic system of the bench through the intrduction to the secondary regulation system, respectively establishes mathematical models of the constant pressure variable displacement pump, hydraulic accumulators and secondary element and the whole workflow diagram of secondary regulation loading system, and makes simulations of the constant pressure variable displacement pump and secondary element in different loading ways and with PID control and fuzzy PID control.
Thirdy, on the basis of structure, control theory and functions of the controlling system of the bench, it researches controlling program designs of the controlling system of the bench, the contents of program desigens include PLC program design, monitor and control program design of industrial controller and deeply cutting control program design of the blade. Finally, it analyzes dynamic mechanical-hydraulic co-simulation of the bench based on AMESim and Adams softwares. In the method of mechanical-hydraulic co-simulation, with the help of Adams softwares of dynamic simulation and AMESim hydraulic simulation softwares mechanicai models and hydraulic models of the bench are established. Moreover, parameters of the models are determined.The co-simulation of AMESim and Adams are established to realise mechanical-hydraulic co-simulation, using files of software interfaces to exchange data. At last, the simulation results are analyzed to verify correct and availability of the simulation models.
根据试验台的牵引(加载)液压驱动系统的工作原理,以试验台悬挂推土机推土铲刀为例,研究了单泵单马达牵引液压驱动的动态牵引特性。分析了单泵单马达牵引液压驱动系统及传动系统;同时,根据台车的牵引工况,进行了试验台的力学分析,绘制了试验台牵引特性曲线；由于该试验台的单泵单马达牵引液压驱动系统为二次调节静液传动系统,所以根据二次调节系统的速度控制和液压功率控制原理,分别进行了试验台的单泵单马达牵引液压驱动系统的恒速控制和恒功率控制的研究,建立了数学模型以及控制框图,进行了仿真研究,并对仿真结果进行了分析。
研究了试验台用作负荷台车时的加载性能。根据二次调节系统的结构和原理,分析了试验台的二次调节系统加载原理；分别建立了恒压变量泵、液压蓄能器和二次元件的数学模型以及二次调节加载系统的整体控制框图,并按不同的加载方式采用PID控制和模糊PID控制分别对二次调节系统和恒压变量泵进行了仿真分析。
根据试验台控制系统的结构组成、控制原理和功能,进行了试验台控制系统的控制程序设计。程序设计的内容包括试验台PLC程序设计、上位机监控程序设计以及推土机推土铲刀切深控制程序设计。
进行了基于AMESim和Adams的试验台动态联合仿真分析。采用机械-液压联合仿真的方法,用动力学仿真软件Adams建立了试验台的机械模型：再用液压仿真软件AMESim建立了试验台的液压模型；并确定了机械模型和液压模型的参数。利用软件接口文件进行数据交换,建立了基于Adams和AMESim联合仿真模型,实现机械-液压系统联合仿真。对仿真结果进行了分析,验证了模型的正确性和可行性。
Multifunctional test bench of construction machinery on which several working devices of construction machinery are attached can be used to make traction and loading experiments for the study on experiments of the interaction between working devices of construction machinery and handled media. Based on analysizing structures, working principles, functions and usages and parameters of mechanical structure system, hydraulic system, controlling system and testing system of the bench, the paper researches followings mainly:
Firstly, based on the working priciple of the towing hydraulic drive system, for example that a blade of a bulldozer is attached on the test bench, the paper researches the dynamic traction characteristics of the one pump-one motor towing hydraulic drive system of the bench, analyzes the hydraulic system and the transmission system, calculating parameters of the transmission systeme. Meanwhile, on the basis of tractive situations, it analyzes forces exerted on the test bench and draws tractive characteristic chart of the bench. Because the hydraulic system of the bench is a secondary regulation system, according to speed regulation property and hydraulic power cotrol theory of the secondary regulation system, it researches respectively constant speed control and constant power control of the hydraulic system of the bench, establishes mathematical models and control workflow diagram, makes simulations of the constant speed control and constant power control and analyzes the results of the simulations.
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引文
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