矿用装载机液压系统与挖掘装置的优化计算与仿真研究

作     者：常秋红 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨士敏

授予年度：2012年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：矿用装载机 挖掘装置 液压系统 联合仿真 优化计算 

摘      要：矿用装载机主要在空间狭窄的矿井内进行扒装作业，将扒矿和输送装车功能合二为一，采用电动液压系统。本文是针对某公司研发的ZLD/T70FA型矿用装载机进行优化改进，主要是对其液压系统以及挖掘装置进行优化计算与仿真研究。目的在于以理论研究与仿真分析为依据，指导ZLD/T70FA型矿用装载机进一步改进，使其更加适应恶劣的作业环境，提高液压系统以及整机的性能。 本文在综合国内外研究现状的基础上，对矿用装载机整机结构和挖掘装置进行了简要的分析，进而对ZLD/T70FA型矿用装载机进行了详细的调研，得出了其在液压系统与挖掘装置上存在的问题，例如扒斗和后臂的碰撞等，为探讨矿用装载机的运动学、动力学以及联合仿真研究做好了铺垫。 为了更好地解决存在的问题，论文做了以下工作：首先在SolidWorks中建立了ZLD/T70FA型矿用装载机的三维实体模型，导入ADAMS进行了ZLD/T70FA型矿用装载机运动学仿真，绘制了挖掘轨迹包络图，经分析发现了挖掘包络图与后臂存在干涉;其次，进行了动力学仿真，得出后臂与回转体铰接处以及后臂液压缸的受力变化剧烈，峰值最大;最后，在AMESim中建立液压系统模型，并与ADAMS进行联合仿真，分析仿真结果，得出两个回转油缸的运动不同步，后臂液压缸的速度存在波动，前臂挖掘效率较低等。仿真分析所反映的问题证实了调研的结果。 本文针对ZLD/T70FA型矿用装载机存在的问题，进行了计算与分析，提出了优化改进的方案。主要体现在以下几个方面：对液压缸进行标准化来解决斗尖与后臂的碰撞问题;设计了串联同步回路解决回转液压缸位移不同步的问题，而且设计了限速回路来降低回转速度和回转冲击，从而提高系统平稳性;设计了差动回路，解决前臂挖掘效率低的问题，还设计了缓冲液压缸来解决前臂液压缸的冲击问题;对双联泵、电动机、溢流阀、液压管、散热器等元件进行了重新计算与选型，并且对液压系统进行了热平衡计算，解决散热、能源浪费等问题，提高液压系统的性能。 最后，本文对优化改进后的机型进行了运动学、动力学和联合仿真，与优化前的仿真结果进行对比，验证了优化改进方案的效果。优化后的机型，整体性能得到了提高，避免了机械碰撞，液压冲击也大大地降低，操作更加灵活、轻便，液压系统的发热量降低，生产率得到提高。 本文对矿用装载机液压系统与挖掘装置的优化计算与仿真研究为新型矿用装载机设计研发提供了理论指导，既具有理论意义，又具有实用价值。