【機械類畢業(yè)論文中英文對照文獻翻譯】數(shù)控系統(tǒng)輔助液壓挖掘機的概念,機械類畢業(yè)論文中英文對照文獻翻譯,機械類,畢業(yè)論文,中英文,對照,對比,比照,文獻,翻譯,數(shù)控系統(tǒng),輔助,液壓,挖掘機,概念 畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 題目RPP平面連桿機構(gòu)的動態(tài)仿真 專 業(yè) 名 稱 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 學 號 078105102 學 生 姓 名 熊礽智 指 導 教 師 朱保利 填 表 日 期 2011 年 03 月 8 日 數(shù)控系統(tǒng)輔助液壓挖掘機的概念 摘要 數(shù)控系統(tǒng)輔助液壓挖掘機操作者的概念被提出和討論。然后，基于描述概念性的控制系統(tǒng)被安裝在專門的數(shù)控平臺上，平臺上配備D/A和A/D轉(zhuǎn)換器，已經(jīng)在小型液壓拉鏟挖掘機K-111的工裝上應(yīng)用。實驗結(jié)果表明它能滿足所有描述的需求，并且能用于輔助機器操作員工作。它能為精密工具做引導，了解的運動的自動重復(fù)和特定工具軌道 (包括最佳的路徑)，還有自動改進或優(yōu)化路徑。工具軌道也能被規(guī)定使用設(shè)定模型，使挖掘機成為遙控操縱類別的機器?，F(xiàn)行的系統(tǒng)能基本用于真機控制系統(tǒng)。1998 Elsevier 科學 B.V. 版權(quán)所有。 關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；液壓挖掘機；工具軌道 1 介紹 重型機械的自動化，包括液壓挖掘機在內(nèi)，始于20世紀七十年代中期并成為可能。這主要由于時實控制系統(tǒng)和高動力性能的液壓元件的發(fā)明。第一臺配備若干機械電子系統(tǒng)的挖掘機被當作模型展示，這是Orenstein 和 Koppel為BAUMA'83 展覽會準備的未來的液壓挖掘機。自從那次以后，許多配備了自動控制系統(tǒng)的器被展現(xiàn)和要求 如引擎操作，泵操作，機器工裝，機器診斷等等。這種系統(tǒng)帶來了真正的幫助和明顯的利潤。舉例來說, 被裝備 LITRONIC 系統(tǒng)的 LIEBHERR R902挖掘機（對于挖溝機），對比沒有配備這種自動控制系統(tǒng)的相同機型來說，效率提高達40％成本降低30％。雖然一些機器的自動系統(tǒng)（在一些情況下的優(yōu)化）發(fā)展的相當快，但是直到現(xiàn)在主要的機器程序－推處理-沒有適當?shù)睦斫夂兔枋?。它的自動化相當?shù)挠邢蓿ㄈ缰貜?fù)運動和激光平行系統(tǒng)等等），并且優(yōu)化處理系統(tǒng)還沒有發(fā)展。比較新的實驗結(jié)果清晰地表明，優(yōu)化的工裝軌跡在連續(xù)材料情況下，工具的尖端不得不沿著前一個推擠過程形成的滑道運動。實際上了解這樣的軌跡和真機，為工具的運動建立了一個特別的控制系統(tǒng)是必要的，這使得實現(xiàn)這樣的軌跡像實現(xiàn)其它幫助操作員實現(xiàn)其它任務(wù)一樣?？紤]到日益加重的機器的發(fā)展，這種系統(tǒng)必須適應(yīng)數(shù)控電—液驅(qū)動。經(jīng)核實試驗結(jié)果，這種控制系統(tǒng)的概念在這篇文章中提出。 2 工具軌跡的優(yōu)化 實驗發(fā)現(xiàn)[1，2]由于重型機械工裝的作用，在土壤運動過程中，沿著滑線方向形成了剛性區(qū)域（清楚科技昂的裂紋）。沿著滑線方向，材料的參數(shù)改變了（初始的內(nèi)聚力C減小到殘余值接近Cr=0）。在簡單工具推擠垂直墻的過程中，力轉(zhuǎn)移關(guān)系表明水平力隨著推擠垂直墻過程而增長，但處在一個不穩(wěn)定狀態(tài)。在力減弱的同時，一個運動學機制在工具作用結(jié)束而產(chǎn)生。這種機制周期的產(chǎn)生，而且能用塑性理論的可容學機制來描述[4－8]（如圖1）。 圖 1 年行土壤在水平工具向前推擠過程中的典型變形（在理論上） 下了很大的功夫作了描述土壤切削過程的塑性變形理論, 那里的問題,積極施壓剛性壁對顆粒介質(zhì)(下平面應(yīng)變作出反應(yīng)) 被假設(shè)為簡化模型土壤搡. 在這種情況下, 該方法的特點是采用〔3,9〕和若干理論方法(靜力學和運動學) ,得下 假設(shè)剛性塑性土壤中的行為. 雖然一些邊值問題解決這個方式 存在若干局限在獲取完整的解決方案,甚至運動學-根據(jù)十大受理的[9] 尤其是對于更先進的地球切削過程. 另一種方法,基于動準予三方機制 建議后來[5]和應(yīng)用的描述更先進地球搡鎢十大流程[ 6,7,10-12 ]。 讓我們討論推擠平面應(yīng)變剛性墻問題，如圖1所呈現(xiàn)的。假設(shè)材料使剛塑性的并且服從庫倫－莫爾屈服準則： 在這里，C----材料凝聚力，φ----內(nèi)部摩擦力。 流規(guī)則的形式： 在這里，G(σij)代表塑性潛力。 在發(fā)生時可能是描述的屈服準則（如公式（1）），關(guān)聯(lián)流動法則是假設(shè),當另一項功能被采用時,流動規(guī)律是不相關(guān)。 利用這種方法,并假定改變材料參數(shù)的滑移線[6，7], 不同動受理解剛性壁搡過程中,才能提出和解決預(yù)測最小能量搜查。 對于形狀如“L”形的剛性墻的動力學允許的解在圖1中體現(xiàn)，主要展示經(jīng)驗觀察的結(jié)果。隨著進程的進展，橫向力愈來愈來不穩(wěn)定，并且當這種力減少的時候，在工具的末端同時產(chǎn)生了動力學機制，這種機制周期的產(chǎn)生。這種理論描述的預(yù)計情況和實驗的主要結(jié)果比較吻合[ 6,7,10-12 ]。 考慮到實驗觀察和理論的方法，試驗的表示是可能的，一旦滑線在前后連續(xù)的材料里面產(chǎn)生，那么工具的尖端很可能沿著先前的產(chǎn)生的滑線運動[12]。實驗在基于平面應(yīng)變的情況下的特殊實驗室內(nèi)完成[1,12],應(yīng)用人工合成的材料，這種材料模仿粘土和其相應(yīng)的參數(shù)，這種材料由50％的水泥，20％的斑脫土，18％的砂子和白色的凡士林混合構(gòu)成。白色的凡士林的使用是為了得到粘性土壤，是土壤的參數(shù)不受空氣的溫度和液體流的影響，并且確保這些參數(shù)在實驗過程中保持穩(wěn)定。 典型的實驗結(jié)果[12]，在圖2和圖4中展示出來，以相同的方法挖出相同等的材料（約60N）?！癓”形的工具以58的角模擬傾斜了現(xiàn)實過程（LA=180mm），是首先推入到一個特定的位置斜度（如圖2－b）。當工具以45向前時，工具的尖端作用于材料的自由邊界，滑線就周期的被產(chǎn)生了。在下一個階段（縮回階段）工具的尖端沿著三個垂直的線運動（如圖2－c），伴隨著工具的旋轉(zhuǎn)，工具被挖起的材料填滿（如圖2－d）。那些直線傾斜的角度α＝30，40和50。α角的值是40和50的更接近工具的水平推擠過程形成的滑線的傾斜度（如圖2－c）。在如此的情況下，它的意思是工具的末端幾乎沿著滑線移動，在滑動過程中，材料的內(nèi)聚力c由于材料的軟化而急劇下降。 這些過程的具體能量適合不同的初步水平位移，在每次測試中選擇確定的相似的挖出量（600N）。如圖3所示，可以看出在α＝30的情況下，具體的能量單元比在α＝40和α＝50時都高（甚至高出100％）。然而，在進行刀尖沿線傾斜的角度，類似的角度滑線的傾向，填土過程的具體的能量可以大大減少。 圖 2 斜坡樣本的實驗過程：（a）工具和斜坡模型；（b）過程的第一階段－水平移動； （c）軌跡變化和水平移動發(fā)展階段；（d）過程的最后階段 圖 3 在兩相分明的軌跡情況下‘撤回線’在不同斜度下的具體工作值 實驗結(jié)果表明，發(fā)生在粘性土推土過程中：（1）沿著滑線材料形成剛性區(qū)域，這里的材料參數(shù)極大的改變（內(nèi)聚力）；（2）機器的工具沿著先前產(chǎn)生的滑線移動，推土過程極大的節(jié)省能量（填土工具）。這個觀察可能是填充過程的基礎(chǔ)。 3 算機輔助控制系統(tǒng)的基本 據(jù)之前顯示，在推土過程中分析土體變形的力學機理，可能決定刀具軌跡的優(yōu)化。然而，在連續(xù)的材料中產(chǎn)生了工具沿著滑線的自動移動，這必須成為被提倡的系統(tǒng)的一個重要選項。這也應(yīng)該成為精密工具的向?qū)?，自動重?fù)已經(jīng)確認的運動（例如“討論會”），實現(xiàn)一些手工不能實現(xiàn)的工具動作等等。 考慮到對重型機器自動化的經(jīng)驗少，這樣的系統(tǒng)應(yīng)該被裝配在機器上來協(xié)助操作員，并且扮演決定性和控制性的角色。因此，在控制系統(tǒng)和操作員之間的適當?shù)姆蛛x是必要的。 這種用于挖掘機上的控制系統(tǒng)是建立在實驗室范圍上的，其基本假設(shè)可以闡述如下[13]，（1）控制中心的操作系統(tǒng)是基于兩個數(shù)字系統(tǒng)的協(xié)作下的。第一個通過控制液壓缸的位置來控制機械夾具的運動。第二個為第一個系統(tǒng)產(chǎn)生控制信號。（2）在標準工況下，夾具液壓缸的比例液壓閥通過計算機來控制。直接的操作員控制僅在出現(xiàn)緊急情況下才能用。（3）機器環(huán)境和控制系統(tǒng)之間的反饋是通過操作員來實現(xiàn)的。他連續(xù)的參加機器夾具運動控制的過程中。（4）為了了解這種人工控制不能實現(xiàn)的工具運動，操作員有可能通過硬件或軟件來調(diào)整單個液壓缸的位移。（5）操作員有可能轉(zhuǎn)換夾具運動的自動控制來認識特殊的工具軌跡。在這里，工具的尖端沿著滑線或特定的已經(jīng)確認的或是事先存在的軌跡移動。（6）優(yōu)化的工具軌跡也可以被認為是操作員給定的軌跡的修正。（7）系統(tǒng)可以在考慮某些限制的基礎(chǔ)上來修正操作員說給定的軌跡，如：幾何關(guān)系限制，泵的最大能力限制，泵的最大輸出限制和泵的最大功率限制等等。 現(xiàn)行的概念是基于操作員和控制系統(tǒng)之間的協(xié)作，這就是說夾具的移動是在控制系統(tǒng)修正下的操作員的控制或是在操作員的命下控制系統(tǒng)的自動化控制。 4 控制系統(tǒng)功能實例 控制系統(tǒng)基于上述理念被安裝在一個特殊的數(shù)控場合，配備有PC和C/A、A/C轉(zhuǎn)換器。在小型液壓挖掘機K-111的設(shè)備中有所應(yīng)用[14-17]。夾具利用液壓缸的位置控制系統(tǒng)來實現(xiàn)夾具的位移控制。夾具液壓缸位移是靠變量柱塞泵反饋的成比例液壓值來控制的。夾具液壓缸控制系統(tǒng)基于三個液壓控制系統(tǒng)，每個控制系統(tǒng)應(yīng)用PID或是狀態(tài)控制器，控制不同的液壓缸的位移[14]。 它可以用 工具軌跡計劃編制，測量作用力和位移，以及其它于夾具位移有關(guān)的量來控制夾具的位移。實驗的數(shù)據(jù)的獲得也是可行的。 當建立控制系統(tǒng)時，應(yīng)該考慮的相當重要的問題之一是工具軌跡計劃編制的方法。這種方法（通常）從兩步來認識[15],在第一步中，計劃和決定軌跡的形狀。在第二步中，軌跡曲線已決定性的方法按時間進行參數(shù)化，這種決定性的方法把軌跡定義在廣義坐標內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，推廣到廣義坐標的時間描述機器構(gòu)造空間被決定。挖掘機在這種情況下，液壓缸的長度都是相匹配的。然后，它們作為控制系統(tǒng)信號被用于重復(fù)計劃好的軌跡。有些系統(tǒng)能力描述如下。 4..1 工具沿著指定好的路線移動 為實驗平臺建立的控制系統(tǒng)，在挖掘機工作空間或是在其構(gòu)造空間內(nèi)運動應(yīng)用“點對點”技術(shù)用這種方法，坐標的最初和最終的點以及足夠數(shù)量的特有的節(jié)點被定義。然后描述這個點的值被導入系統(tǒng)，而其余各點的軌跡的計算采用內(nèi)差值法。線性的或是三次多項式差值法被應(yīng)用。軌跡的時間參數(shù)化才能通過確定的軌跡運行時間，以及其劃分個別路徑環(huán)節(jié)而被認識?？紤]到系統(tǒng)計算液壓缸的速度的一些限制，測定兩個相鄰點之間的運行時間（或者在最優(yōu)化的情況下）。 在這樣的標準挖掘施工情況下，很難精確實現(xiàn)軌跡，在這里同時移動兩三個液壓缸是必要的。 4.2 工具運動建模 另一種控制裝置運動的方法控制建模，它有些象機器人上的控制單元，這種控制依靠幻影執(zhí)行。理解為運動學的重復(fù)或是機械運動學的模型[18]，配備有系統(tǒng)測量的移動參數(shù)。以這種方式控制的挖掘機成了要控機器[19]。 設(shè)定模型是按K-111挖掘機裝置的1/10建立的模型，位于該板塊。三個電位計位于旋轉(zhuǎn)軸的模型單元里。來自這些電位計的信號允許我們決定裝置的構(gòu)造。機械底部提供的模型，限制了個別裝置元件，來自K-111挖掘機的轉(zhuǎn)角值。特別開關(guān)啟動系統(tǒng)。 設(shè)定模型是只能用于規(guī)劃中刀具的路徑，以及在其運動的刀具軌跡并用點的方法把它們記錄下來，當以2下兩種情況下軌跡點被記錄：較以前的位置相比，液壓缸的總長度增加到高于假設(shè)時；與前面的記錄時間相比時記錄的數(shù)據(jù)更晚時。 路徑的點在不包括斷點的定時間隔下被記錄。路徑的節(jié)點以相應(yīng)的裝置液壓缸的長度來定義。其它的軌跡點的計算由計算機在構(gòu)造空間內(nèi)以插值法配置。不在軌跡上的點的計算依靠建模標記。并可以忽視在區(qū)間的節(jié)點這相當于若干采樣周期。這種軌跡的參數(shù)的實現(xiàn)是基于假設(shè)的液壓反饋輸出上的。因此，系統(tǒng)通過節(jié)點的記錄和為裝置液壓缸位置控制系統(tǒng)而設(shè)定的決定點進行操作（基于已經(jīng)描述的節(jié)點和假設(shè)輸出反饋）。 如果建模的裝置移動變慢，對于適當?shù)募僭O(shè)反饋輸出而言，真正的挖掘機裝置的移動象模型移動一樣。對于快速移動來說，路徑規(guī)劃的進展的實現(xiàn)依靠真正的挖掘機的裝置。 實驗結(jié)果表明對于依靠建模來控制的裝置移動在圖4中展示出來，在這里用建模來表示挖掘機裝置軌跡的階段被展現(xiàn)出來。虛線表示的是建模，實線表示真正的挖掘機裝置和涉及的節(jié)點路徑點。在那種情況下，按照假設(shè)反饋輸出，設(shè)置液壓缸位置控制系統(tǒng)的軌跡節(jié)點在圖4也有展示。建模的軌跡也就是機械裝置的軌跡，于可重復(fù)利用的值在圖5中展示。標記成Jlw、Jlr和Jll的值是在移動中意味著液壓缸位置（計劃的和確定的位置）是錯誤的。 JxMax和JyMax表示水平方向和垂直方向的最大的不同。圖6表示的是液壓缸長度建模（基本心好來源于固定線）的改變，并且計算K-111的裝置（虛線）液壓缸的改變控制系統(tǒng)，以及在移動中的錯誤響應(yīng)（點線）。并于隆隆聲的運轉(zhuǎn)用指標（w），臂（r）和鏟斗（l）標記。 圖4 應(yīng)用建模描述挖掘機裝置軌跡的連續(xù)階段 建模信號的運行和真實裝置設(shè)置點之間的不同源于基于假設(shè)反饋輸出的時間參數(shù)化的方法（建模的移動超過真實裝置的可能的移動）。 4.3 沿著直線的工具移動 在當前的情況下，裝置的液壓缸的同時移動通過硬件實現(xiàn)，這意思就是通過建模實現(xiàn)。它也可以通過軟件來實現(xiàn)，這意思是通過機器操作者實現(xiàn)（用專門的按鈕）。機器在任意工作空間內(nèi)，工具水平或垂直切削角度保持為常數(shù)。在構(gòu)造空間內(nèi)，以點的方法描述工具路徑。此外，機器操作者可以決定移動速度。速度靠控制系統(tǒng)考慮輸出反饋的情況下保證正確。水平運動的控制結(jié)果在圖7和圖8中表示出來。切削工具的軌跡在圖7中表示出來。他們假設(shè)反饋的計算長度以點線表示出來。工具軌跡的時間參數(shù)化方法于建模相似，看起來操作者給的速度太高，并且系統(tǒng)修正的液壓缸移動適時的與假設(shè)輸出反饋相保持。工具沿著斜線移動的例子在圖9和圖10中展示出來。在圖中工具軌跡和相應(yīng)液壓缸被畫出來，這樣的移動以水平和垂直運動之和來實現(xiàn)（斜線以水平和垂直速度來合成）。例如，沿著斜線的軌跡可以在推擠過程的退回階段沿著滑線或自動形成，使得土壤陡坎。 圖5 建模的路徑（Xu，Yu）和機器裝置路徑（X，Y）描述的軌跡 圖6 建模中液壓缸的長度變化（實線），控制系統(tǒng)計算的液壓缸的長度（虛線），在裝置移動中的錯誤的響應(yīng)（點線）。 圖7 水平運動的切削工具軌跡 圖8 指示速度的裝置液壓缸的計算長度（實線）和反饋輸出的假設(shè)計算長度（點線） 圖9 傾斜移動的切削工具軌跡 圖10指示速度的裝置液壓缸的計算長度（實線）和反饋輸出的假設(shè)計算長度（點線） 4.4 沿著滑線的工具的自動移動 實驗結(jié)果分析的土壤搡過程顯示，預(yù)計理論滑線的位置合周期的優(yōu)化工具軌跡是可能的。可以在驗室情況下的均勻材料中實現(xiàn)。在現(xiàn)實情況下，當材料不是均勻的或是不好定義的時，材料的滑線必須自動的被探測。滑線探測的自動化過程是基于觀察的，當工具開始穿透稠密的材料時，作用在工具上的水平力的增加時可以觀察的。這種情況也發(fā)生在當工具尖端從沿著滑線（這里的物質(zhì)密度相當小）向沒有動過的材料（滑線上下沒有改變的材料）移動時。然而，推力增加的觀察能被用于滑線的探測。這個過程在下面簡要介紹和實現(xiàn)。 切削工具的移動時水平、垂直合旋轉(zhuǎn)運動的合成，并且的水平反作用力被測量和跟蹤。首先，當水平力下降時，工具水平向前移動，同時伴隨滑線系統(tǒng)從末端產(chǎn)生，一個特別的過程（以旋轉(zhuǎn)工具為例）被實現(xiàn)。然后，當水平力增加并且超過定義值時。工具按照指定的位移值垂直運動，并且再進行水平移動（工具的旋轉(zhuǎn)被增加）。如果這樣，工具再一次垂直運動（按照所描述的位移），并且然后水平運動等等，這樣工具的尖端自動沿著滑線移動（以步進方式）。 初步測試的結(jié)果在圖11和圖12中展示出來。作為一個簡化的模型，工具沿著土壤陡坡傾斜0.61rad的可能被調(diào)查。為了定義水平力的最大值和定義垂直位移，控制系統(tǒng)自動沿著陡坡跟隨工具。橫向力于橫向位移和工具軌跡進行滑線偵察在圖11中展示。圖11的部分放大在圖12中展示，圖12展示了控制系統(tǒng)的作用。 圖11橫向力與橫向位移和刀具軌跡進行滑移線偵查 圖12 圖11的部分放大圖 5 總結(jié) 實驗結(jié)果表明,提出的控制系統(tǒng)能夠滿足上述所有要求的描述,可以用來作為機床操作協(xié)助。自動重復(fù)實現(xiàn)運動，專用工具（包括高度優(yōu)化路徑）軌跡的實現(xiàn)和自動改進或?qū)崿F(xiàn)路徑的優(yōu)化。工具軌跡也可以用建模來規(guī)定，使挖掘機成為遙控機器。現(xiàn)行的系統(tǒng)能作為真實機器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 致謝 這個研究得到了KBN7T07C00412工程‘用于挖掘機這類重型機械的土壤搡過程的優(yōu)化’的贊助，并在基爾科技大學實現(xiàn)。 參考文獻 1、D. 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