为解决挖掘机不确定性非平稳随机载荷与确定性阀芯拓扑形态的匹配问题,提出了挖掘机多路阀的载荷分类设计。将挖掘机非平稳随机循环载荷近似地分解为由作业条件决定的趋势项和由力学特性决定的随机项;构建趋势项负载参数化模型,选择具有显著性影响的模型参数表达载荷变化;根据典型作业条件及机体机构确定负载模型参数变化域(负载变化范围),将负载模型参数变化域离散为若干类别,各类别在较小的载荷变化范围内设计对应阀芯,根据不同挖掘机的实际载荷变化范围选择恰当阀芯,以此实现机种作业载荷与其阀芯拓扑的匹配。以某20吨级液压挖掘机回转联阀芯与回转载荷的匹配为研究对象,验证了该设计方法的有效性。挖掘机多路阀的载荷分类设计,可实现面向不同机种、不同作业条件,满足多路阀节流特性要求的阀芯拓扑形态快速响应设计。

为在系统动力学仿真中动态表达不同工况下工程机械液压元件所受剧烈变化的不确定性载荷,提出一种液压元件载荷集总参数动态响应模型。针对液压元件所受非平稳随机循环载荷,采用小波分解法将其分解为趋势项与随机项,其中非平稳的趋势项用经现场试验数据标定的集总参数模型进行表达,平稳的随机项根据能量等价原则用随机谐和函数进行表达,并由两者合成得到载荷模型;然后以某型液压挖掘机回转载荷为实例,建立了回转马达的载荷模型,对比某工况下载荷模型的响应与现场试验数据,证明了该载荷模型搭建方法的可行性和有效性。研究结果表明:该载荷集总参数动态响应模型能实现不同工况下液压元件载荷的动态表达,有助于改善工程机械液压系统动力学仿真对复杂多变工况的适应性。

针对传统液压挖掘机多路阀结构与整机性能间的耦合、液压控制系统精度低带来的整机控制不匹配问题，为实现液压挖掘机多路阀简单化设计和整机控制系统自适应变化，提出面对液压挖掘机电控多路阀的控制系统参数整定方法．界定操纵电手柄输出为0—1数字信号，考虑整机多路阀结构特征，设计液压挖掘机电控多路阀的变参数一阶控制系统，提出综合系统冲击、能量利用率、跟随性三项指标作为参数整定的评价算法．通过设计电手柄一控制器一液压挖掘机整机性能表达的数字化平台三者衔接的半物理仿真平台进行试验，分析结果表明：控制系统有效，且控制器响应的一阶控制系统参数T、K可基于整机性能整定得出；时间常数T可由电控多路阀阀芯固有频率和阀芯开度决定，与阀芯阻尼比相关度较小．

为解决变矩器特性模型中因冲击损失造成理论预测误差偏大的问题,建立了变冲击损失系数的几何参数化变矩器特性模型。模型以键合图作为系统动力学工具,采用模块化建模方法,分析了各工作轮的工作特性与能量损失,实现了通过几何参数进行工作特性的预测,采用变冲击损失系数的方法来增加模型精度。与样机性能实验结果对比表明,在转速比0至1全区段内,变冲击损失系数方法得出的变矩比和效率百分比误差的波动变化更小,这说明在工况复杂的情况下采用变冲击损失系数方法有一定优势。