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日本的相關學者運用機器人技術與計算機信息技術,改造現有的液壓挖掘機,使之滿足自主挖掘功能,并且通過相應的角度、方向、激光、視覺等傳感器,使挖掘機能更好的實時監測自身的位姿,向著預定的挖掘軌跡挖掘24;目前,日本的挖掘機研究人員已經開始研究外部挖掘條件對控制系統的相關影響,進一步設計開發適應于各種挖掘土壤的挖掘機25;日本的Eugeniusz等人針對挖掘地面高度,研制了一套挖掘機控制系統,使挖掘機能夠針對不同高度的地面實現準確的自動挖掘26。韓國的研究人員以一種新的控制算法一延遲算法為基礎,展開了相關的挖掘機直線挖掘軌跡控制實驗,取得了十分顯著的效果,不僅挖掘速度達到了熟練操縱人員方可達到的05m/s,而且,挖掘精度更是控制在了30mm以內,這是人工操作所達不到的,實驗結果表明,這種控制算法很好的克制了液壓系統非線性強的缺點”;在此基礎之上,研究人員又在大型挖掘機上試驗了一種新的TDCSA控制算法,實驗軌跡誤差在+40mm以內,效果很好28。
(2)液壓挖掘機工作裝置的控制仿真分析。采用PID控制算法,分別進行挖掘機工作裝置的聯合仿真研究與理論仿真研究,聯合仿真研究是利用ADAMS軟件與MAl'LAB軟件之間的數據交換進行的;理論仿真是通過求取挖掘機各環節的傳遞函數,尤其是工作裝置的傳遞函數,進而進行挖掘機動臂、斗桿系統的PID仿真;并對是否考慮工作裝置動力學特性兩種情況下的控制仿真結果進行了對比。(3)實驗研究。進行挖掘機工裝軌跡控制系統實驗臺的搭建以及相關實驗研究,針對三種載荷情況,即窒載、輕載、重載,進行實際挖掘機電液比例閥性能實驗與PID控制實驗,檢測動臂、斗桿電液比例閥的工作特性,確定各電液比例閥的工作區間;同時進行“PID控制”實驗,驗證PID控制算法的實用性,并得出不同載荷情況下的最優軌跡曲線與控制參數。
222液壓挖掘機三維模型約束的添加將模型導入到ADAMS后,需要重新約定各構件之間的約束關系,因為ADAMS只能提供各構件的初始位置,并不能將裝配關系也導入進來,所以首先在ADAMS中要進行約束的添加,即要確定各構件之間的運動副類型,通常有基本約束和運動副兩種形式,根據挖掘機各構件之間的實際運動情況,本文挖掘機虛擬樣機所添加的運動副類型有:旋轉副、滑動副、圓柱副、球面副和基本約束,挖掘機三維模型具體運動副的分配情況如表21所示。利用ADAMS對建立好的液壓挖掘機的三維虛擬樣機進行正確性測驗,結果如圖2所示。其中包括12個構件、1個圓柱副、8個旋轉副、1個球面副、3個滑移副、3個點線副,無冗余約束,可見所建虛擬樣機模型正確。液壓挖掘機的作業動作一般分為到停機點準備環節、挖掘環節、抬臂回轉環節、卸料環節和回轉降臂環節,在各個環節中由工作裝置各油缸驅動操作。
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當前,對于多體動力學的研究方法主要有3種:NewtonEuler方法、KaneHuston方法和RobersonWittenburg方法。在機構動力學方面,通常采用的是NewtonEuler方法、NewtonEuler方法,但在運算過程中會出現求導麻煩、過程復雜等問題,另外,最終求解所得到的動力學方程也是一大難題。而基于Kane方程的Huston方法相較于其它兩種則是比較實用的,而且可以在計算機上實覡,它利用陣列的方式將系統的基坐標與末端動坐標聯系起來,進行系統的拓撲變換,特別是當系統的自由度較多時,其解決動力學問題的優勢尤為明顯,故在本文中采用此種方法進行挖掘機工作裝置動力學分析。
哈爾濱工業大學工學碩士學位論文哈爾濱工業大學工學碩士學位論文哈爾濱工業大學學位論文原創性聲明和使用權限學位論文原創性聲明本人鄭重聲明:此處所提交的學位論文《液壓挖掘機工作裝置動力學分析與控制系統研究》,是本人在導師指導下,在哈爾濱工業大學攻讀學位期間獨立進行研究工作所取得的成果,且學位論文中除已標注引用文獻的部分外不包含他人完成或己發表的研究成果。對本學位論文的研究工作做出重要貢獻的個人和集體,均己在文中以明確方式注明。作者簽名:學位論文使用權限日期:Ql弓年6月2弓日學位論文是研究生在哈爾濱工業大學攻讀學位期間完成的成果,知識產權歸屬哈爾濱工業大學。學位論文的使用權限如下:(1)學?梢圆捎糜坝、縮印或其他復制手段保存研究生上交的學位論文,并向國家圖書館報送學位論文;(2)學?梢詫W位論文部分或全部內容編入有關數據庫進行檢索和提供相應閱覽服務;(3)研究生畢業后發表與此學位論文研究成果相關的學術論文和其他成果時,應征得導師同意,且第一署名單位為哈爾濱工業大學。
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