装载机液压系统仿真加载谱的测取
装载机液压缸外负载力对液压系统性能仿真结果影响很大。目前，尚无科学合理的液压缸外负载力仿真加载谱。本文分析了液压缸工作过程，建立了动臂缸、转斗缸及转向缸外负载力数学模型。选用液压缸传感器、数据采集仪，构建了液压缸工作参数数据采集系统。对转载机进行了实机试验，应用数据处理软件对实验数据进行处理，制取了动臂缸、转斗缸及转向缸外负载力时间历程图。试验时通过位移与油压传感器将液压缸的位移与油压信号传递给数据采集器，通过vib’sys软件得出位移与油压波形图。对空载前进段、铲掘段、重载后退段、重载前进段、卸料段、空载后退段位移线性关系进行分析处理，得出活塞运动速度与加速度。应用nsoft软件做出每个工作段外载力平均值波形图，最后按照时间顺序求出液压缸外负载力时间历程图。关键词 装载机，动臂缸，转斗缸，转向缸，外负载力，数学模型，数据处理目录
1 绪论 1
1.1 课题背景及研究目的 1
1.2 装载机液压系统工作过程分析 1
2 装载机液压缸外负载力数学模型的建立 1
2.1 动臂缸外负载力数学模型的建立 2
2.2 转斗缸外负载力数学模型的建立 2
2.3 转向缸外负载力数学模型的建立 3
3 液压缸工作参数数据采集系统的构建与实车试验 3
3.1 数据采集系统的构建 3
3.2 实车试验 6
4 试验数据处理 7
4.1 液压缸位移数据处理 8
4.1.1 动臂缸位移数据处理 8
4.1.2 转斗缸位移数据处理 9
4.1.3 转向缸位移数据处理 10
4.2 液压缸液压数据处理 11
4.2.1 动臂缸液压数据处理 12
4.2.2 转斗缸液压数据处理 12
4.2.3 转向缸液压数据处理 13
5 装载机液压缸外负载力制取 14
5.1 动臂缸外载力制取 15
5.2 转斗缸外载力制取 16
5.3 转向缸外载力制取 18
结论 20
致 谢 21
参考文献 22
1 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
4.2.2 转斗缸液压数据处理 12
4.2.3 转向缸液压数据处理 13
5 装载机液压缸外负载力制取 14
5.1 动臂缸外载力制取 15
5.2 转斗缸外载力制取 16
5.3 转向缸外载力制取 18
结论 20
致 谢 21
参考文献 22
1 绪论
1.1 课题背景及研究目的
如今在工程机械中有个主要的机种，它便是我们经常看到的装载机。装载机工作起来便捷、高效及性能稳定。在平时开采矿石、道路运输和都市建设中起着很关键的作用，然而他的核心技术则是液压系统。装载机在做任何动作时都是需要通过液压系统才能实现。所以液压系统对于装载机来说是非常关键的。装载机主要被人们用来铲装沙土、煤炭等散物，还能在矿石、硬土等上面作简易的铲挖。此外在推运泥土、刮平地面和牵引其他机械等作业时发挥关键作用。
本文对装载机液压系统进行了分析，建立了液压缸的外负载力数学模型并对其进行分析，在实机试验基础上分析处理测试数据。根据处理后的液压缸工作油压、位移，借助软件制取出装载机动臂缸外负载力、转斗缸外负载力及转向缸外负载力波形图，并可以此作为装载机液压系统仿真加载谱。
1.2 装载机液压系统工作过程分析
如今的生活中我们常会使用装载机来装卸散料，装载机的一个工作循环我们大体可以分为六个步骤，分别是装载物料时的收斗、升举铲斗、翻转铲斗、收斗、下降铲斗、放平铲斗。
装载机液压系统工作的过程，首先需要启动发动机，通过发动机的运转带动定量齿轮泵的转动，这时齿轮泵油路从油箱吸液压油，就可以提供给多路换向阀的液压油路。液压系统通过控制多路换向阀的操作杆来控制阀芯移动，这样就可以实现油路的换向，从而让液压缸工作。转载机液压系统在工作的时候，为了减少排量，提高工作效率，转向泵在不转向的时候把液压合流到工作液压系统中。装载机的液压系统实际上是将发动机的机械能转换为液体的压力能，液体压力能通过控制阀和管道来驱动液压执行元件，又将压力能转化成机械能[1]。
2 装载机液压缸外负载力数学模型的建立
目前当想求出液压缸外载力时，大多是按照力的平衡方式计算的[2]。也就是说外载力等于无杆腔受力减去有杆腔受力及惯性力等。无杆腔与有杆腔的受力可以用面积乘以油压，惯性力可以用质量乘以加速度，液体粘性阻力可以用液体粘性阻尼系数乘以速度求得。因为液压缸内的摩擦力较小，所以在数据处理时可以忽略不计，本文中就是对摩擦阻力作忽略处理。
2.1 动臂缸外负载力数学模型的建立
在举升动臂时，液压缸力实际是平衡的，所以可根据力的平衡方程式来计算动臂缸外负载力。动臂缸外负载力关系表达式为：
（2-1）
式中: 为无杆腔油压，Pa； 为有杆腔油压，Pa；为活塞面积，；为有杆腔有效作用面积，；为作用于单缸活塞上的当量质量，kg；为液体粘性阻尼系数，；为活塞与缸体、活塞杆与油封间摩擦力，；为活塞运动加速度，； 为活塞运动速度，。
当动臂下降时，动臂缸外负载力则为
（2-2）
由于动臂缸、转斗缸以及拉杆自身质量与转动惯量相对较小，因此动臂缸负载计算时可以忽略及摩擦力。
2.2 转斗缸外负载力数学模型的建立
转斗收回时，转斗缸力是平衡的。所以可根据力的平衡方程式来计算转斗缸外负载力。转斗缸外负载力关系表达式为：
（2-3）
式中，为无杆腔油压，；为活塞面积，；为有杆腔油压，；为有杆腔有效作用面积，；为作用于活塞上的质量，kg；b为液体粘性阻尼系数，；为活塞与缸活塞杆与油封间力，； 为活塞速度，； 为活塞加速度，。
当转斗卸料重心超过动臂与转斗铰接点前，转斗缸外负载力可表示为
（2-4）
当转斗及散料重心超过动臂与转斗铰接点后，转斗缸外负载力则可表达为
（2-5）
在装载机工作的时候，其液压系统内部的摩擦力基本对机器运转没有多大的影响，活塞位置的移动大多呈线性变化，所以这项数值较小，可以忽略不计，在本文中不做考虑。
2.3 转向缸外负载力数学模型的建立
装载机向左转动时，转向缸力是平衡的。所以可根据力的平衡方程式来计算转向缸外负载力。转向缸外负载力关系表达式为：
（2-6）
式中：为有杆腔油压，MPa； 为有杆腔有效作用面积，；为无杆腔油压，；为活塞面积，；M 为作用于活塞上的当量质量，kg；B 为液体黏性阻尼系数，；f 为活塞与缸体、活塞杆与油封间摩擦力，；为活塞加速度，；为活塞速度，m/s。
当装载机向右转向时，转向缸外负载力为： （2-7)
1 绪论 1
1.1 课题背景及研究目的 1
1.2 装载机液压系统工作过程分析 1
2 装载机液压缸外负载力数学模型的建立 1
2.1 动臂缸外负载力数学模型的建立 2
2.2 转斗缸外负载力数学模型的建立 2
2.3 转向缸外负载力数学模型的建立 3
3 液压缸工作参数数据采集系统的构建与实车试验 3
3.1 数据采集系统的构建 3
3.2 实车试验 6
4 试验数据处理 7
4.1 液压缸位移数据处理 8
4.1.1 动臂缸位移数据处理 8
4.1.2 转斗缸位移数据处理 9
4.1.3 转向缸位移数据处理 10
4.2 液压缸液压数据处理 11
4.2.1 动臂缸液压数据处理 12
4.2.2 转斗缸液压数据处理 12
4.2.3 转向缸液压数据处理 13
5 装载机液压缸外负载力制取 14
5.1 动臂缸外载力制取 15
5.2 转斗缸外载力制取 16
5.3 转向缸外载力制取 18
结论 20
致 谢 21
参考文献 22
1 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
4.2.2 转斗缸液压数据处理 12
4.2.3 转向缸液压数据处理 13
5 装载机液压缸外负载力制取 14
5.1 动臂缸外载力制取 15
5.2 转斗缸外载力制取 16
5.3 转向缸外载力制取 18
结论 20
致 谢 21
参考文献 22
1 绪论
1.1 课题背景及研究目的
如今在工程机械中有个主要的机种，它便是我们经常看到的装载机。装载机工作起来便捷、高效及性能稳定。在平时开采矿石、道路运输和都市建设中起着很关键的作用，然而他的核心技术则是液压系统。装载机在做任何动作时都是需要通过液压系统才能实现。所以液压系统对于装载机来说是非常关键的。装载机主要被人们用来铲装沙土、煤炭等散物，还能在矿石、硬土等上面作简易的铲挖。此外在推运泥土、刮平地面和牵引其他机械等作业时发挥关键作用。
本文对装载机液压系统进行了分析，建立了液压缸的外负载力数学模型并对其进行分析，在实机试验基础上分析处理测试数据。根据处理后的液压缸工作油压、位移，借助软件制取出装载机动臂缸外负载力、转斗缸外负载力及转向缸外负载力波形图，并可以此作为装载机液压系统仿真加载谱。
1.2 装载机液压系统工作过程分析
如今的生活中我们常会使用装载机来装卸散料，装载机的一个工作循环我们大体可以分为六个步骤，分别是装载物料时的收斗、升举铲斗、翻转铲斗、收斗、下降铲斗、放平铲斗。
装载机液压系统工作的过程，首先需要启动发动机，通过发动机的运转带动定量齿轮泵的转动，这时齿轮泵油路从油箱吸液压油，就可以提供给多路换向阀的液压油路。液压系统通过控制多路换向阀的操作杆来控制阀芯移动，这样就可以实现油路的换向，从而让液压缸工作。转载机液压系统在工作的时候，为了减少排量，提高工作效率，转向泵在不转向的时候把液压合流到工作液压系统中。装载机的液压系统实际上是将发动机的机械能转换为液体的压力能，液体压力能通过控制阀和管道来驱动液压执行元件，又将压力能转化成机械能[1]。
2 装载机液压缸外负载力数学模型的建立
目前当想求出液压缸外载力时，大多是按照力的平衡方式计算的[2]。也就是说外载力等于无杆腔受力减去有杆腔受力及惯性力等。无杆腔与有杆腔的受力可以用面积乘以油压，惯性力可以用质量乘以加速度，液体粘性阻力可以用液体粘性阻尼系数乘以速度求得。因为液压缸内的摩擦力较小，所以在数据处理时可以忽略不计，本文中就是对摩擦阻力作忽略处理。
2.1 动臂缸外负载力数学模型的建立
在举升动臂时，液压缸力实际是平衡的，所以可根据力的平衡方程式来计算动臂缸外负载力。动臂缸外负载力关系表达式为：
（2-1）
式中: 为无杆腔油压，Pa； 为有杆腔油压，Pa；为活塞面积，；为有杆腔有效作用面积，；为作用于单缸活塞上的当量质量，kg；为液体粘性阻尼系数，；为活塞与缸体、活塞杆与油封间摩擦力，；为活塞运动加速度，； 为活塞运动速度，。
当动臂下降时，动臂缸外负载力则为
（2-2）
由于动臂缸、转斗缸以及拉杆自身质量与转动惯量相对较小，因此动臂缸负载计算时可以忽略及摩擦力。
2.2 转斗缸外负载力数学模型的建立
转斗收回时，转斗缸力是平衡的。所以可根据力的平衡方程式来计算转斗缸外负载力。转斗缸外负载力关系表达式为：
（2-3）
式中，为无杆腔油压，；为活塞面积，；为有杆腔油压，；为有杆腔有效作用面积，；为作用于活塞上的质量，kg；b为液体粘性阻尼系数，；为活塞与缸活塞杆与油封间力，； 为活塞速度，； 为活塞加速度，。
当转斗卸料重心超过动臂与转斗铰接点前，转斗缸外负载力可表示为
（2-4）
当转斗及散料重心超过动臂与转斗铰接点后，转斗缸外负载力则可表达为
（2-5）
在装载机工作的时候，其液压系统内部的摩擦力基本对机器运转没有多大的影响，活塞位置的移动大多呈线性变化，所以这项数值较小，可以忽略不计，在本文中不做考虑。
2.3 转向缸外负载力数学模型的建立
装载机向左转动时，转向缸力是平衡的。所以可根据力的平衡方程式来计算转向缸外负载力。转向缸外负载力关系表达式为：
（2-6）
式中：为有杆腔油压，MPa； 为有杆腔有效作用面积，；为无杆腔油压，；为活塞面积，；M 为作用于活塞上的当量质量，kg；B 为液体黏性阻尼系数，；f 为活塞与缸体、活塞杆与油封间摩擦力，；为活塞加速度，；为活塞速度，m/s。
当装载机向右转向时，转向缸外负载力为： （2-7)
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