【正文】 挖掘機臂液壓系統(tǒng)的模型化參量估計摘 要首先介紹了液壓挖掘機的一個改裝的電動液壓的比例系統(tǒng)。根據負載獨立流量分配（ LUDV ）系統(tǒng)的原則和特點，以動臂液壓系統(tǒng)為例并忽略液壓缸中的油大量泄漏，建立一個力平衡方程和一個液壓缸的連續(xù)性方程?；陔妱右簤旱谋壤y門的流體運動方程，測試的分析穿過閥門的壓力的不同。結果顯示壓力的差異并不會改變負載。然后假設穿過閥門的液壓油與閥芯的位移成正比并且不受負載影響，提出了一個電液控制系統(tǒng)的簡化模型。同時通過分析結構和承重的動臂裝置，并將機械臂的力矩等效方程與旋轉法、參數估計估計法結合起來建立了液壓缸以等質量等為參數的受力平衡參數方程。最后用階躍電流控制電液比例閥來測試動臂液壓缸中液壓油的階躍響應。根據實驗曲線，104m3/(sA)，并驗證了該模型。關鍵詞：挖掘機，電液比例系統(tǒng)，負載獨立流量分配（ LUDV ）系統(tǒng)，建模，參數估計1 引言由于液壓挖掘機具有高效率、多功能的優(yōu)點，所以被廣泛應用于礦山，道路建設，民事和軍事建設，危險廢物清理領域。液壓挖掘機在施工機械領域中也發(fā)揮了重要作用。目前，機電一體化和自動化已成為施工機械發(fā)展的最新趨勢。因此，自動挖掘機在許多國家逐漸變得普遍并被認為重點。挖掘機可以用許多控制方法自動地控制操作器。 每種使用方法，研究員必須知道操作器結構和液壓機構的動態(tài)和靜態(tài)特征。即確切的數學模型有利于控制器的設計。然而，來自外部的干擾使得機械結構模型和各種非線性液壓制動器的時變參數很難確定。關于挖掘機時滯控制的研究已經有人在研究了。NGUYEN利用模糊的滑動方式和阻抗來控制挖掘機動臂的運動，SHAHRAM等采取了阻抗對挖掘機遠距傳物的控制。液壓機構非線性模型已經由研究員開發(fā)出來了。 然而，復雜和昂貴的設計控制器限制了它的應用。在本文，根據提出的模型，根據工程學和受力平衡，挖掘機臂液壓機構模型簡化為連續(xù)均衡的液壓缸和流動均衡的電液比例閥；同時，確定了模型的參量的估計方法和等式。2 挖掘機機械臂概述 液壓挖掘機的挖掘研究結果如圖1。在圖中，Fc表示液壓缸，動臂的重力，斗桿，鏟斗的重力等在B點合力，其方向是沿著液壓缸AB方向； Fc可分解成Fc1和Fc2 ，他們的方向分別為垂直于和平行于O1B ，加速度ac的方向與Fc是相同的，并且ac也可以分解成ac1和ac2；G1 ， G2和G3分別是動臂，斗桿和鏟斗的重心；m1，m2，m3是它們各自的質量且能通過實驗給定（m1=，m2= and m3=）； Ol，O2 和O3是鉸接點；G1180。，G2180。和 G3180。分別是G1 ， G2和G3在X軸上的投影。挖掘機的臂被認為是一個三個自由度的的機械手（三個測斜儀分別裝在動臂，斗桿和鏟斗上）。在跟蹤控制實驗中，其目標軌跡是根據挖掘機機械手運動學方程確定的。然后，動臂，斗桿和鏟斗的動作有操作員控制。為了適應自動控制，普通液壓控制挖掘機應改造電動液壓控制挖掘機?；赟W E85型原有的液壓系統(tǒng)，把先導液壓控制系統(tǒng)更換為先導電液控制系統(tǒng)。新改進的液壓系統(tǒng)如圖2所示。在這系統(tǒng)中，因為動臂，斗桿和鏟斗具有相同的特點，將動臂的液壓系統(tǒng)作為一個例子。在先導電液控制系統(tǒng)中，先導電液比例閥是在原始的SXl4主要閥門基礎上增加比例泄壓閥衍生出的并且用電子手柄替代液壓手柄。挖掘機的改裝系統(tǒng)仍是具有良好的可控性的LUDV系統(tǒng)（圖3 ）。在圖3中 ， y是可移動的活塞的位移；Q1 和 Q2分別代表流進和流出液壓缸的流量；pl，p2，ps 和pr分別表示汽缸的有桿腔和無桿腔，系統(tǒng)和回油路的壓力；A1 和 A2分別表示汽缸的有桿腔和無桿腔的面積；xv代表閥芯的位移；m代表加載的負載；圖1 挖掘機工作裝示意圖圖2 挖掘機液壓系統(tǒng)示意圖圖3 改造后LUDV液壓系統(tǒng)示意圖3 模型的電液比例系統(tǒng) 電動液壓的比例閥門動力學特性 在本文中，： Xv(s)／Iv(s)=KI／(1+bs) (1)其中Xv是xv的拉普拉斯變換值，單位為m；KI是電液比例閥獲得的液流，單位為m/A；b是一階系統(tǒng)的時間常數，單位為s；Iv=I(t)Id，I(t)和 Id 分別表示比例閥門的控制潮流和克服靜帶的各自潮流，單位為A 。 電動液壓的比例閥門的流體運動方程在本文中，實驗性機器人挖掘機采取了LUDV系統(tǒng)。根據LUDV系統(tǒng)的理論，可以得到流體運動方程： （2）(3)=其中是負荷傳感閥門的壓力差，單位為 MPa；cd是徑流系數，單位為m5／(Ns)；w是管口的面積梯度，單位為 m2／m；ρ是油密度，單位為 kg/m3；和分別為二個管口壓力，單位為 MPa；當挖掘機流程沒有飽和時，是一幾乎恒定。在本文中，其值由實驗測試得到。在圖4中，ps，p1s,和分別表示系統(tǒng)壓力、負荷傳感閥門壓力和它們的壓力差；壓力系統(tǒng)的實驗曲線顯示三種不同的壓力值。雖然ps和p1s隨著荷載而改變，但是他們的區(qū)別不會隨著荷載而改變。因此，對橫跨閥門的流量的作用可以被忽略。假設，流過閥門的流量與管口閥門的大小成比例，并且荷載不影響流量。那么方程(2)能被簡化為： Q1=Kqxv(t),I(t)≥0 (4)其中Kq是閥門流量系數，單位為m2/s；并且壓力時間圖4 動臂移動壓力曲線圖 液壓缸的連續(xù)性方程一般來說，工程機械不允許外泄。當前，外在泄漏可以通過密封技術控制。另一方面，由實驗證明了挖掘機內部泄漏是相當小的。因此，液壓機構內部和外在泄漏的影響可以被忽略。當油流進汽缸無桿腔并且進入到有桿腔內時，連續(xù)性方程可以寫成：(5)其中 V1 和V2 分別表示流入及流出的液壓缸液體的體積，單位是m3；是有效體積模量（包括液體，油中的空氣等），單位是N/m2。 液壓缸力的平衡方程據推測，液壓缸中油的質量可以忽略，而且負載是剛性的。那么可以根據牛頓的法律得到液壓缸的力量平衡等式： (6)其中Bc是黏阻止的系數，單位是 Ns/m。 電動液壓的比例系統(tǒng)簡化的模型 方程(4)—(6)在拉伯拉斯變換以后，簡化的模型可以表達為： (7)其中Y是y拉伯拉斯變換得到的；；bf=V1V2；a0=V1V2m；a1=BcV1V2；。4 參量估計 從塑造的過程和方程(7)中可以得到在確切的簡化的模型中與結構，運動情況以及挖掘機動臂的體位有關的所有參量。而且，這些參量是時變。因此要得到這些參量的準確值和數學等式是相當難的。要解決這個問題，本文提出了估計方程和方法來估算模型中的這些重要參數。 估算液壓缸負載液壓缸臂上的負載（假定沒有外部負載）由動臂，斗桿和鏟斗上的負載組成。在圖1中，動臂，斗桿和鏟斗分別繞著各自的鉸接點旋轉。因此他們的運動不是沿著汽缸的直線運動，也就是說他們的運動方向與方程（5）中的y的方向是不同的。因此方程（6）中的m不能簡單的認為是動臂，斗桿和鏟斗質量的總和。考慮到機械手的坐標軸心O1，機械手的轉矩和角加速度可考慮如下：(8)其中的M 和 分別是工作裝置對O1的轉矩和角加速度。是點O1到點B的長度；由轉動定律M=J可得：，即： (9)其中的J是工作裝置指向O1的等效轉動慣量，單位是kgm