为获得较为精确的挖掘阻力,进一步求出挖掘机所受的动态载荷,建立了多体动力学-颗粒动力学耦合的动态仿真方法。首先,建立挖掘机工作装置三维模型,以实测的动臂、斗杆和铲斗油缸位移变化曲线作为驱动,完成挖掘机工作装置的多体运动学分析,获得铲斗质心处的运动速度、铲斗相对斗杆和连杆在铰点上的角速度。然后,通过离散单元法建立挖掘介质的颗粒模型,利用已求得的铲斗运动参数对其运动进行定义,模拟铲斗在挖掘时的真实工况,求得铲斗在挖掘不同介质时所受的挖掘阻力和阻力矩,最后再通过多体动力学分析求解各铰点处的动态载荷。分析表明,挖掘介质为矿石与干砂时,挖掘阻力和阻力矩波动更为明显且铰点载荷也更大。

液压挖掘机的高效性,使其在工农业生产、军事等众多领域得到了广泛的应用。工作空间参数,是设计与选用挖掘机的重要依据。求逆解是挖掘机机器人化需要解决的问题,若铲斗位姿超出工作空间,则会引起无逆解。挖掘机的工作范围是多条曲线围成的平面区域,而临界姿态角的函数图像则是一张空间曲面。本研究使用SolidWorks添加约束与MATLAB的数据处理功能,实现了对挖掘机工作空间极限的分析。

针对挖掘机工作装置电液伺服系统中存在多变量、强耦合及非线性的特点,提出了CMAC神经网络与常规控制相结合的控制方法,很好地解决了挖掘机电液伺服系统位置控制问题。仿真结果表明,该控制方法具有较高的控制精度和鲁棒性。

该文综合三种方法根据挖掘机样机比拟法算出大体尺寸、根据给定的工作参数来分析极限位置的几何关系和根据水平推压力的大小与力矩平衡方程,来设计挖掘机工作装置的尺寸。然后在Soildworks中进行实体建模,通过装配后再与生产的样机进行比较,以验证的该分析方法的正确性。

对挖掘机工作装置的主要受力结构件进行有限元分析计算通常有两种方式:(1)以动臂、斗杆等结构件作为研究对象,单独进行分析计算,获取应力分布云图;(2)以工作装置整体作为研究对象,用接触分析法模拟各构件之间的连接,最终获得工作装置整体的应力分布云图。前一种方式由于边界条件与工作载荷很难确定,最终造成计算结果不准确;后一种方式工作量大,不易成功,但能很好地模拟边界条件与工作载荷。本文选用Pro/Mechanica为分析工具,以某15t挖掘机工作装置的动臂应力分析为例,在相同的工况载荷条件下,对工作装置整体与动臂单体分别做了分析计算,并对两种分析方法及计算结果做了对比。

液压挖掘机工作装置可视为多自由度机械手，具有高效灵活的特点。不考虑其回转运动。工作装置属平面连杆机构。铲斗位姿与关节夹角之间的变换常用齐次坐标变换或解析法，逆向运动学问题的求解则用几何法。在AutoCAD环境下，建立工作装置的简化模型，借助二次开发语言，对运动学问题进行了研究。编程实现了图解过程，省略了复杂的公式推导，得出工作范围包络曲线及工作参数。设置铲斗的姿态角为某一数值，得出了齿尖轨迹为水平直线和竖直直线时的运动学逆解，并实现了工作装置的运动仿真。

以YC60-7液压挖掘机为研究对象,其反铲工作装置是一个开链的四杆机构,采用SolidWorks软件建立该挖掘机工作装置的三维实体模型,应用向量法建立挖掘机工作装置的动力学模型,并运用RecurDyn进行动力学仿真,获得挖掘机的工作包络图和相关工作参数,并对主要铰接点进行受力分析。分析结果表明：工作装置的最大挖掘高度、挖掘半径、卸载高度和厂家提供的数据误差在0.35%左右。通过仿真分析,为挖掘机工作装置的优化设计提供了依据。

基于液压挖掘机工作装置机械系统和液压系统高度耦合特点，提出了一种机液联合仿真方法，分别建立了其机械系统和液压系统模型，运用计算机联合仿真与集成优化技术，实现了机械系统和液压系统的联合仿真，获得了工作装置的动态性能，提高了建模与仿真效率，将系统的控制信号与跟踪信号进行了对比，验证了联合仿真的精确性和可靠性。