液压挖掘机的控制系统具有非线性、时变性以及强耦合的特点,传统的比例积分微分(Proportion integral differential,PID)控制器参数整定方法不能满足对挖掘机工作装置精确的位置控制要求。因此提出一种遗传萤火虫算法(Genetic Firefly Algorithm,GFA)整定方法,通过对目标函数、选择算子、交叉算子等改进之后再引入人工萤火虫算法来提高遗传算法的全局寻优能力和收敛速度。利用MATLAB仿真软件进行仿真,并分别与标准PID控制和标准遗传算法进行比较。仿真结果表明,基于GFA的控制系统具有较快的响应速度、无超调量、更强的鲁棒性以及较小的铲斗关节轨迹跟踪误差。所提算法具有更好的参数整定能力,改善了系统性能,可用于提高液压挖掘机铲斗位置控制的效果。

采用目前方法分析液压挖掘机动力响应可靠性时无法准确跟踪液压挖掘机在荷载撞击下的位移,存在分析可靠性较差的问题,为此提出高速荷载撞击下液压挖掘机的动力响应分析,结合ANSYS有限元分析软件和ADAMS动力学分析软件构建液压挖掘机有限元模型,准确获取液压挖掘机各部位的动能及位能,在拉格朗日函数的基础上构建液压挖掘机系统的动力学方程,根据动力学方程分析液压挖掘机在高速撞击下机的位移及受力的变化情况,实现动力响应可靠性分析。实验结果表明,所提方法可准确跟踪液压挖掘机在高速撞击下的位移,液压挖掘机受力的仿真曲线与理论曲线变化趋势一致,动力响应分析可靠性较好。

为实现液压挖掘机负载的模拟,针对液压挖掘机负载变化频率高的特点,利用AMESim设计了基于电液比例溢流阀的液压挖掘机负载模拟系统,分别从电液比例溢流阀的流量、主阀芯质量、先导阀芯质量、主阀芯阻尼系数、先导阀芯阻尼系数、主阀芯阻尼孔直径、先导阀芯阻尼孔直径、主阀弹簧刚度等方面研究了负载模拟的系统压力响应性能,为系统结构参数优化提供了一定的理论依据。

为了对液压挖掘机进行节能减排,采用流量再生和电液比例节流阀控技术,设计一种液压挖掘机液压能回收和再利用节能装置。阐述该装置的节能原理和3种工况的工作原理。采用运动控制器、传感器、电磁阀及相应的信号调理板组成电控系统,运用C#语言和CODESYS编程语言分别开发了上位机和下位机测控软件。经过设计加工阀块和购买元件,搭建了试验台,进行了挖掘机能量回收模拟试验和装机试验。试验结果证明:该装置能有效回收挖掘机动臂下降的势能和回转制动的动能,减少溢流损失,为进一步研究该节能装置的性能奠定了基础。

针对在平原地区已定型的某大型液压挖掘机在高原地区使用时出现增压器损坏的问题,通过对该挖掘机在2000m和4000米不同海拔高度的柴油机和整机性能数据进行分析,制定了多个柴油机与整机主泵匹配方案进行调试,最终解决了高海拔地区柴油机增压器损坏的问题,同时也优化了整机使用性能。

为了在挖掘机实机定型投产之前更准确地验证各构件的设计参数,提出了一种利用离散元-多体动力学(DEM-MBD)联合仿真预测挖掘作业性能的分析方法。对某国产型号液压挖掘机进行了平地、斜坡工况下的多组实验测试,得到了对应工况的载荷谱数据。根据实验过程中挖掘机的挖掘过程以及料堆形状,利用动力学软件RECURDYN与离散元软件EDEM进行了联合仿真,还原了挖掘过程中挖掘机的作业状态。对比实验采集的载荷谱推导所得的数据和联合仿真数据,结果表明:联合仿真得到的各组油缸推力以及挖掘阻力数据与实验数据的相关系数均大于0.9,证实离散元-多体动力学联合仿真分析方法适用于挖掘机的挖掘作业性能分析。

液压挖掘机的发动机罩在产品维护时开启较频繁,其开启力直接影响产品维护的便捷性。发动机罩和扭簧匹配设计不合理会造成过大的开启力,导致发动机罩开启困难,产品维护不便,严重影响产品在市场的口碑。通过收集W200型挖掘机的发动机罩和扭簧参数,编制计算表格,分析各参数对开启力的影响,并从中选择开启力满足人机工程学的设计方案。所提出的分析方法为发动机罩与扭簧的匹配设计提供参考,提高工作效率和质量。

液压挖掘机在工作时，工况变化剧烈，但在每个工作循环中输出功率是有规律可循的，通过对单工作循环能量的回收与利用，能够使柴油机工况稳定。采用二次调节技术对负载功率进行平衡，使柴油机稳定工作在燃油高效区。利用SimulationX对原机系统进行建模，包括液压系统、柴油机、多体动力学模型，并与试验数据进行对比，验证仿真模型；将油液混合动力系统应用到原机系统，并对主要参数进行匹配；在前馈与压力双控制方案下，对改进后的模型进行功率匹配研究。仿真试验结果研究发现：在前馈与压力双控制方案下，能够减小柴油机装机功率并使柴油机功率输出平稳，基本稳定在燃油高效区。

为了更好地实现液压挖掘机动臂与转台复合动作时的能量回收，对比了不同回收方式下的能量回收系统方案。在AMESim软件中分别建立液压式、电力式以及电液协调式能量回收系统的仿真模型，通过仿真分析综合比较，提出了一种基于蓄能器一液压马达一发电机的液压挖掘机电液协调式能量回收系统。研究结果表明：该系统的能量回收率达到了45．47％，能量再利用率达到了47．37％；能耗小，能量回收及再利用效率高，能更好地实现动臂与转台复合动作时的能量回收。

采用多体动力学领域中的Kane—huston方法，以低序列矩阵描述液压挖掘机动臂、斗杆和铲斗的拓扑构造，推出了液压挖掘机机构的动力学方程，大大简化了推导过程。同时利用基于C语言的Matlab软件，通过Matlab文件编程计算，得到了铲斗速度和加速度的特性曲线。