铁矿大型挖掘机长沙微型挖掘机农用挖土机配件
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铁矿大型挖掘机长沙微型挖掘机 农用挖土机配件功率消耗测量
将3种掘削方式的功率消耗测量实验数*据作进一步的处理，其结果分别如图8-28
图8．33所示。由图8—28、图8—29可知，对于静态掘削过程，铲斗液压缸无杆腔压力随
着输入流量的增加而呈非线性增加，但压力随输入流量的变化率呈减小趋势；而铲斗液
压缸无杆腔功率消耗却随着输入流量增加而非线性减小趋势，且其减小幅度越来越小。
％，l·minl
镐静态掘削铲斗液压缸无杆腔压力与输入流量之间关系
联系方式:
杨先生：
图8·29静态掘削铲斗液压缸无杆腔功率消耗与输入流量之间关系
由图8-30"--"图8—33可知，无论是对于正弦波振动掘削过程还是对于三角形波振动
掘削过程，不同稳定流量下的铲斗液压缸无杆腔压力以及液压缸无杆腔功率消耗均随着
输入流量振幅增加而先基本上保持线性减小，然后在流量振幅为20l／rain时开始呈线性
增加趋势。
静力掘削时，为节约能源而又获得较高的工作效率，中速掘削是比较理想的方案，
141博士论文 第八章液压挖掘机振动掘削过程控制系统实验研究
而振动掘削时，应保持在较大幅度流量振幅下，振动掘削无杆腔压力及功率消耗相对于
静态掘削才有明显的效果，且实验中的流量振幅的更佳数值是20l／rain；
弱0
340
330
320
3 310
当300
苌2∞
2∞
270
2∞
250
240
l穗定流量100l·rain．1；2-稳定流量60l-min．1；3-稳定流量30l·rain．1
图8-30正弦波激振掘削时铲斗液压缸无杆腔压力与输入流量之间关系
35
34
33
32
31
兰∞
；约
28
27
26
2．5
1．稳定流量100l-min．1；2-稳定流量60l．min．1；3_稳定流量30l-min．1
图8-31正弦波激振掘削时铲斗液压缸无杆腔功率消耗与输入流量之间关系
由图8—31和图8—33可知，在较大幅度流量振幅下，正弦波激振掘削时的无杆腔压
力及功率消耗效果明显优于三角波激振掘削时的无杆腔压力及功率消耗效果，实验结果
与理论分析一致。
350
3∞
3∞
3：20
3 310
当3∞
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鹄o
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拍o
衢o
l-稳定流量t00l．min-l；2-．稳定流量60l-rain-i,3焉急定流量30l．min—l
图8—32三角波激振掘削时铲斗液压缸无杆腔压力与输入流量之间关系
142博士论文 第八章液压挖掘机振动掘削过程控制系统实验研究
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l-稳定流量lool．mia·l；2-稳定流量60l．min．1；3稳定流量30l．min．1
图8．33三角波激振掘削时铲斗液压缸无杆腔功率消耗与输入流量之间关系
8．s本章小结
本章基于液压挖掘机振动掘削过程控制系统的相关硬件设备基础上，开发了一个能
产生振动，并能实现实际掘削过程的实验平台，并分别在静态掘削和振动掘削两种状态
下进行了实验，并对实验结果作出了对比与分析。实验结果表明：
(1)采用ultronics双阀芯结构控制阀的液压挖掘机振动掘削控制系统具有较好稳定
性、快速性等性能，符合振动掘削的功能要求。
(2)采用振动掘削模式下的掘削阻力明显比普通掘削模式下的掘削阻力低，而将振动
掘削功能与溢流控制相结合来实现振动掘削的自动减阻节能控制是完全可以实现的。
(3)由于控制策略中增加了一个智能非线性pi控制器，当负载靠本身重力难以得到驱
动时，智能非线性pi控制器将加大有杆腔的控制压力，使斗杆有较好的速度响应特性，
因此，基于ultronics的双阀芯控制策略是完全可行的，压力～流量特性可以达到预期
的控制要求。
(4)使用液压挖掘机振动掘削过程控制系统后，采用正弦波激振掘削时的掘削阻力降
低到83％左右，功率消耗降低到80％左右。
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杨先生：
143 第九章结论与建议
9．1结论
第九章结论与建议
本文针对液压挖掘机工作过程中受力情况复杂、能量利用效率较低、作业能力相对
不足等现实存在的问题，将振动理论应用于液压挖掘机的掘削作业过程中，以期探索一
种更为有效、合理的土壤掘削方法，直接减小掘削阻力，使液压挖掘机在掘削作业过程
中达到低能耗、高*效率和更大的作业能力，并且具有一定的自适应能力，对于提高液压
挖掘机的综合性能，探索新的挖掘方法和节能方法都具有重要的理论意义和现实意义。
本文以国家863课题“挖掘机的机电一体化及制造信*息化"为依托，结合教育部“新
世纪优秀人才支持计划"[ncet-05-0697]，以实现液压挖掘机高*效节能为目的，采取理
论分析与实验研究相结合的方法，创新研究一种液压挖掘机振动掘削方法，并围绕液压
挖掘机振动掘削减阻机理及振动掘削智能控制在线实现这一主线进行了较为深入系统
的研究，论文的主要工作及创新点如下：
(1)综合分析了液压挖掘机技术的研究现状及其发展趋势和振动切削技术的研究
应用情况，并首次较深入地研究了实施液压挖掘机振动掘削新方法的系统理论与方法。
(2)通过对土壤静强度特性、动强度特性的研究，探讨了土壤掘削原理及失效机
理，岩土破碎过程静态加载和动态载荷作用下的仿真实验研究结果表明，动态载荷振动
冲击作用不但可以大幅降低掘削阻力，也可以改善刀具的受力方式，从而使得岩体在低
于破坏强度时就产生破坏。
(3)针对液压挖掘机振动掘削过程的实际情况以及检测信号含噪声特征，提出了
一种基于emd的含噪信号噪声处理的算法。仿真应用结果表明，该算法提高了信号分
解的准确性和瞬时参数提取的时效性，并可充分保留信号的局部特征，有效地除去信号
的噪声干扰，从而可达到理想的去噪效果，为分析提取铲斗激振力信号的特征线谱提供
了有效工具。
(4)建立了基于ls—svm的液压挖掘机振动掘削过程土壤参数在线辨识算法，该
在线辨识算法在掘削过程中能根据土壤性态参数(固有频率和阻尼比)的不同，自动在
线测*试土壤的性态参数(固有频率和阻尼比)，为液压挖掘机自适应振动掘削节能减阻
控制提供依据。其在线辨识仿真结果表明，以均方值为损失函数的ls—svm算法误差更
小、辨识能力强，更能适合于动态系统的辨识。共振柱实验法实验结果表明，基于
ls—svm的振动掘削土壤固有频率参数在线辨识精度较高。
(5)基于振动参数的优选匹配试验的极差分析结果，利用正交扩展型函数链神经
网络建立了土壤振动掘削阻力软测量模型，并采用函数链神经网络进行了相应的在线自
校正。应用结果表明，基于函数链神经网络的土壤振动掘削阻力软测量模型的建模精度 第九章结论与建议
和泛化能力高。
(6)为探索一种更为有效、合理的土壤掘削方法，使液压挖掘机在掘削作业过程
中达到低能耗、高*效率和更大的作业能力，建立了静态掘削方式、正弦波激振掘削方式、
三角波激振掘削方式下液压挖掘机掘削功率消耗模型，并进行了实验研究，实验结果与
理论分析一致表明，振动载荷相对于静态载荷更大可以降低无杆腔压力17．19％、降低
功率消耗19．04％，且正弦波振动掘削效果明显优于三角波振动掘削效果。
(7)针对具有惯性以及纯滞后的液压挖掘机振动掘削过程，设计了一种专家控制、
非线性pi控制器以及单神经元相结合，并采用自适应粒子群优化方法对其参数进行更
优整定的智能非线性pi控制器，液压无杆腔中压力控制参数的仿真结果表明，该算法
能有效地实现智能非线性pi控制器参数更优整定，控制结果具有稳定、无振荡、超调
小、调节时间短的优点。
(8)在液压挖掘机振动掘削控制系统的软*件与硬件结构的基础上，提出了基于
ultronics双阀芯结构控制阀的振动掘削执行机构的控制策略，并对其数*据通讯和控制
模式实现进行了研究。
(9)开发了swe85型液压挖掘机的实验平台，并基于该系统进行了振动掘削实
验研究。实验结果表明，液压挖掘机振动掘削控制系统具有较好稳定性、快速性等性能，
符合振动掘削的功能要求，且正弦波振动掘削阻力更大可降低到70％左右，功率消耗更
大可降低到80％左右。
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