一种基于动力学软件的液压挖掘机油耗计算方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种基于动力学软件的液压挖掘机油耗计算方法。

背景技术

液压挖掘机在建筑施工、水利工程和矿山开采中有着广泛的应用，通过液压油缸驱动其工作装置完成挖掘、装卸、破碎、起重、打桩等作业。液压挖掘机的油耗通常为开发、测试过程的重点关注参数，油耗更是成为了评价一台挖掘机好坏的重要参考因素。目前，国内挖掘机油耗通常为通过测试获得，测试过程经济投入较大。

现有技术的技术方案：目前大多用有限元软件计算挖掘机工作装置强度刚度，常规的分析的流程如下：第一步，在产品开发初期，设计人员基于研发需求对挖掘机进行开发设计；第二步，设计人员完成三维设计后，交由虚拟仿真验证人员进行虚拟结构验证，通常为结构强度验证；第三步，设计人员下发图纸，进行零部件的试制、试装配和测试验证等工作；第四步，依据实际工作小时数与燃油消耗情况，进行油耗标定，得到实测油耗。

现有测试方法为目前挖掘机的油耗的普遍测试方法，获得油耗的周期较长，依据现有的新产品开发周期，从开发开始到获得油耗参数，少则半年，多则几年时间，耗费的财力物力较大。而且有时候需要对比两种结构类型的油耗，若采用实物挖掘测试方法，必将导致研发周期大幅增加，有待改进。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题提供一种油耗测试周期短，研发投入小的基于动力学软件的液压挖掘机油耗计算方法。

为达到上述目的本发明公开了一种基于动力学软件的液压挖掘机油耗计算方法，其结构特点是：包括如下步骤：

步骤1）利用动力学软件建立挖掘机动力学模型；

步骤2）在掘机动力学模型上添加液压油缸模型；

步骤3）在挖掘机动力学模型上添加液压油缸和挖掘机的运动关系以及各部件的相关计算属性；

步骤4）利用同吨位挖掘机的挖掘规律和油缸运动规律，对需要分析的工作装置运动规律进行定义，并添加挖掘负载，并模拟挖掘机工作过程；

步骤5）在动力学软件中导出液压油缸的油缸运动行程曲线和受力曲线；

步骤6）通过分析缸杆位移-时间曲线，计算出缸杆速度-时间曲线，

步骤7）根据公式P=F•V（F：缸杆的受力，V：缸杆的速度），将缸杆速度-时间曲线与缸杆受力-时间曲线相乘，即可得到缸杆功率-时间曲线；

步骤8）根据公式W=∫Pdt（W：功耗，P：瞬时功率），对缸杆功率-时间曲线进行积分，即得到油缸做功时间曲线，最终可以得到单个挖掘循环下的做功。

1、本发明能够大幅减小挖掘机工作装置油耗测试的测试验证周期，并减少成本投入；2、本发明实现工作装置油耗分析的流程化，通过在动力学模型中添加负载，通过模拟真实挖掘情况，获得更加可靠且稳定的油耗情况。3.较实际挖掘油耗测试相比，本发明可以避免人员操作引起的油耗测试偏差，特别在做方案对比时，可以保证变量的唯一性。4.本发明可以在研发初期即可对不同结构（或新老结构）进行油耗对比，更加真实的表现不同结构的优缺点。

与以往分析方法相比：1.分析流程更加规范；2.可批量计算，易于实现多工况分析；3.减少重复性工作，减少错误，提高效率；4.便于推广。

优选的，还包括步骤9）使用上述步骤对各个液压油缸的做的功进行计算，并汇总各个液压油缸的做的功，即得到整个挖掘过程中的做功情况。

优选的，步骤4）具体的包括：

步骤4.1）该负载可以通过离散元仿真软件进行提取，模拟物料并进行挖掘。

优选的，离散元仿真软件为edem。

优选的，动力学软件为motionview。

优选的，在步骤2中具体包括：

步骤2.1）添加控制动臂升降的动臂油缸；

步骤2.2）添加控制斗杆伸展的斗杆油缸；

步骤2.3）添加控制工作装置工作的负载油缸。

优选的，各部件相关计算属性包括材料、密度、弹性模量、泊松比。

优选的，在步骤3中具体包括：

步骤3.1）选用同吨位挖掘机的挖掘规律和油缸运动规律进行定义。

综上所述，本发明的有益效果在于：1、本发明能够大幅减小挖掘机工作装置油耗测试的测试验证周期，并减少成本投入；2、本发明实现工作装置油耗分析的流程化，通过在动力学模型中添加负载，通过模拟真实挖掘情况，获得更加可靠且稳定的油耗情况。3.较实际挖掘油耗测试相比，本发明可以避免人员操作引起的油耗测试偏差，特别在做方案对比时，可以保证变量的唯一性。4.本发明可以在研发初期即可对不同结构（或新老结构）进行油耗对比，更加真实的表现不同结构的优缺点。与以往分析方法相比：1.分析流程更加规范；2.可批量计算，易于实现多工况分析；3.减少重复性工作，减少错误，提高效率；4.便于推广。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为油缸功率-时间曲线示意图；

图3为油缸速度-时间曲线示意图；

图4为油缸速度-时间曲线曲线示意图；

图5为油缸位移-时间曲线曲线示意图；

图6为油缸做功-时间曲线曲线示意图；

图7为各个油缸的安装结构示意图。

图中：动臂油缸1、动臂2、斗杆油缸3、斗杆4、负载油缸5、铲斗6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文是结合附图对本发明的优选的实施例说明。

一种基于动力学软件的液压挖掘机油耗计算方法，包括如下步骤：

步骤1）利用动力学软件建立挖掘机动力学模型；

步骤2）在掘机动力学模型上添加液压油缸模型；

步骤3）在挖掘机动力学模型上添加液压油缸和挖掘机的运动关系以及各部件的相关计算属性；

步骤4）利用同吨位挖掘机的挖掘规律和油缸运动规律，对需要分析的工作装置运动规律进行定义，并添加挖掘负载，并模拟挖掘机工作过程；

步骤5）在动力学软件中导出液压油缸的油缸运动行程曲线和受力曲线；

步骤6）通过分析缸杆位移-时间曲线，计算出缸杆速度-时间曲线，

步骤7）根据公式P=F•V（F：缸杆的受力，V：缸杆的速度），将缸杆速度-时间曲线与缸杆受力-时间曲线相乘，即可得到缸杆功率-时间曲线；

步骤8）根据公式W=∫Pdt（W：功耗，P：瞬时功率），对缸杆功率-时间曲线进行积分，即得到油缸做功时间曲线，最终可以得到单个挖掘循环下的做功。计算过程可以使用动力学软件自带的曲线处理工具或hyperworks后处理工具进行计算。

1、本发明能够大幅减小挖掘机工作装置油耗测试的测试验证周期，并减少成本投入；2、本发明实现工作装置油耗分析的流程化，通过在动力学模型中添加负载，通过模拟真实挖掘情况，获得更加可靠且稳定的油耗情况。3.较实际挖掘油耗测试相比，本发明可以避免人员操作引起的油耗测试偏差，特别在做方案对比时，可以保证变量的唯一性。4.本发明可以在研发初期即可对不同结构（或新老结构）进行油耗对比，更加真实的表现不同结构的优缺点。

与以往分析方法相比：1.分析流程更加规范；2.可批量计算，易于实现多工况分析；3.减少重复性工作，减少错误，提高效率；4.便于推广。本方法不限于挖掘机，也可对其他液压机械如装载机进行油耗计算。

还包括步骤9）使用上述步骤对各个液压油缸的做的功进行计算，并汇总各个液压油缸的做的功，即得到整个挖掘过程中的做功情况。

步骤4）具体的包括：步骤4.1）该负载可以通过离散元仿真软件进行提取，模拟物料并进行挖掘。

离散元仿真软件为edem。动力学软件为motionview。

在步骤2中具体包括：步骤2.1）添加控制动臂2升降的动臂油缸1；步骤2.2）添加控制斗杆4伸展的斗杆油缸3；步骤2.3）添加控制工作装置工作的负载油缸5。

各部件相关计算属性包括材料、密度、弹性模量、泊松比。

在步骤3中具体包括：步骤3.1）选用同吨位挖掘机的挖掘规律和油缸运动规律进行定义。

参照附图7，挖掘机前侧铰接有动臂2，动臂2的前端铰接有斗杆4，斗杆4的前端铰接有工作装置，如铲斗6。挖掘机上安装有控制动臂2动作的动臂油缸1，动臂2上安装控制斗杆4的斗杆油缸3，斗杆4上安装有控制铲斗6的负载油缸5。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。