小型液压挖掘机开题报告

毕业论文开题报告论文题目：小型挖掘机的行走与回转装置

学院：机械科学与工程学院

专业：机械科学与工程

年级(班）： 410807

学号： 41080730

姓名：张泽瑞

指导教师：徐振国

2012年5月 19 日

吉林大学本科毕业论文开题报告

一、选题的目的和意义：

. 挖掘机械是一种集土方挖掘、装载、平整、拆除、抢险等作业的工程机械，广泛应用于各类土石方工程施工、民用建筑、道路建设和市政工程场所。近年来伴随着我国经济的快速增长，大规模的基础设施建设对挖掘机提出了强劲的市场需求，我国挖掘机械的产销量每年均有15%~30%的爆炸式增长，2011年更是达到了70%，另一方面，挖掘机作为技术复杂的终端机械产品，其开发和制造涉及机械、液压传动、冶金、石油化工、电气等众多行业，已经形成了一个庞大的产业集群。因此，大力开展对液压挖掘机的研究和探索，对于提升国家整体工业水平和加速国民经济的发展具有重大的促进意义。

二、国内外研究现状（文献综述）

1，挖掘机的机器人化

为延伸人类在复杂、恶劣、危险环境中的作业，世界各国对机器人化挖掘机的研发工作非常重视，国外在这方面研究比较早，较为典型的有：

（1）Carnegie Mellon大学的自主装载系统(Au—tonomous Loading System，ALS)t'Jt~ ALS 系统使用两个激光扫描测距仪，对车辆进行确认和准确定位、观测土壤表面情况、识别障碍物等。该系统还提出一种用于实时轨迹规划和执行复杂挖掘机器人运动的参数化控制方法。相同情况下，普通挖掘机熟练的操作手装满一卡车需要120 S，而使用该系统也不超过150 S，完成一个装载循环的时间小于1 rain，与熟练的操作手的操作速度基本相当。因此该系统能满足连续重复挖掘装载的工况要求。关于该系统的具体说明见于下面两篇论文：Peyret F，Jurasz J．The Compu~r Integrated Road Construction pmject[J]．Automation in Construction，2000(9)Singh S，Cannon H_Multi-Resolution Planning for Earthmoving．Proceedings International Conference on Robotics and

Automation[C]．Leuven，Belgium，1998

(2)国内机器人化挖掘机的研究国内在这方面研究相对较迟，浙江大学冯培恩教授从上世纪80

年代开始率先着手研究挖掘机机电一体化技术，首先实现挖掘机器人作业过程的分级规划和局部自主控制圈。但是他们在任务规划层面上只停留在仿真阶段，还没有提出显著的实现方案。20世纪末由戴炬负责的863计划项目“挖掘机器人工作装置控制系统研究与开发”，以挖掘臂轨迹和工作循环的自动／半自动控制为目标，开发研制相应的控制装置，安装在挖掘机上形成挖掘机器人产品，研制出台挖掘机器人功能样机。湖南山河智能机械股份有限公司(以下简称山河智能)研究的机电一体化挖掘机，具有激光高程定位、图形导引、自动轨迹控制阿(水平挖掘、坡度挖掘、挖掘深度控制)等功能，将挖掘机的自动化研究推向实用化，在2005年上海国际工业博览会与2006年巴黎INTERMAT展览会上赢得观众青睐。具体成果见于以下两篇论文：张强．挖掘机器人规划控制方法与技术的研究．杭州：浙江大学，2002．张大庆，何清华，郝鹏，等．液压挖掘机铲斗轨迹跟踪控制【J】．吉林大学学报(工学版)，2005(5)．

2，遥控挖掘机的研究

世界各国对用于各种场合机器人遥控系统的研发工作都非常重视，并取得了大量遥控机器人的研究成果。上世纪80年代初，美国KraftTeleRobtics公司和John Deere公司等都相继成功开发出遥控挖掘机。其中，比较典型的是John Deere公司的690CR型遥控液压挖掘机，该机无

线遥控作业范围达1 525m，也可以用同轴电缆在305 m的范围内完成作业。控制台包括图像／声音接收器，以及为处理输入信号所需要的译码装置，这类挖掘机遥控系统可以对被控车辆的工作状态借助摄像机，将有关图像传递给操作者。但事实上由于工程车辆工作现场环境恶劣，灰尘量大，摄像头容易被遮挡，故障诊断监控系统的信息却未能真正反馈给操纵人员，从而影响了正常工作效果。

1983年3月，日本小松制作所以PC200—2型液压挖掘机为基本机型进行遥控挖掘机研制，实现了各工作装置的微动控制和复合动作的无线电操纵。改装成功后的PC200R-2型挖掘机可以进入恶劣环境、救灾工程等危险现场并利用无线遥控操作进行作业。该系统没有进行双向数据通讯，出现较大意外负载的情况不能及时被遥控操作者所发现，采用伺服电机驱动耗电量较大，本身不具备自调节功能而影响正常工作。

德国HBC公司于1987年研制成功应用于工程。车辆领域的工业无线电遥控装置，这种遥控装置采用了先进的数字化通讯技术，传输的比例控制信号安全、可靠、实用。近年来，HBC对于矿山机械、混凝土泵车、随车起重机和移动式汽车起重机等工程机械提出了一系列无线遥控作业的解决方案。

浙江大学在1996年初研制成了一种结构简单、价格低廉的液压挖掘机近距离无线遥控系统，该系统遥控半径在20m左右，通过目测进行遥控作业完成简单作业。中南大学与山河智能合作也在无线遥控、GPS／GPRS、无线网络远程监控等方面进行了研究，目前的无线遥控半径为100 m左右。

3，挖掘机节能技术的研究

液压挖掘机作为一种灵活的多功能工程机械，节能性一直是其追求的目标。传统工程机械的能量利用率较低，仅为20％左右。各大公司均把节能技术作为科技重点发展目标，以提高其产品在世界市场上的竞争力（纪云锋，陈欠根，吴烨，等．挖掘机电子控制新思路【J】建

筑机械，2004(1)）。在技术上，一方面对液压系统及液压元件进行改善（栾新立，张建宗．浅谈液压挖掘机的节能技术及发展趋势【J】．矿山机械，2001(8)：19—21．）；另一方面，从功率链的思想出发，研究分析发动机与泵、液压系统与负载的功率匹配问题，从而达到整机功率的优化设置（Jim Sumitani，Kiyoharu Anzai．Powertrain Control—Sys—tem Development Support【J】．Technical Reports，2001(6)：25—27）。

上世纪80年代后，美、13、德等国在液压系统节能的基础上，纷纷开始研制电子节能的液压挖掘机。如日本小松公司开发研制的新型节能控制器(OLSS系统)，可使燃油节省23％；日立公司对UH16型挖掘机的动力系统实施电子控制，生产效率提高20％，使其燃料消耗降低12％～18％；美国卡特彼勒公司采用的卡特电子功率控制系统，能够平衡发动机功率和泵的输出，在大幅度提高生产率的同时能使发动机功率的98％转换为液压能。上世纪80年代末期，3档功率预选模式节能控制系统的出现，使系统平均节能效果提高20％左右。其后日立公司的电子负载传感ELLE系统，以及德国利勃海尔公司在1990年推出的942型挖掘机，可获得全部的液压功率，起到较好的节能效果。目前，以微机或微处理器为核心的电子控制系统在国外液压挖掘机中应用相当普及，并已成为现代高性能液压挖掘机不可缺少的组成部分。

上世纪90年代初，国内开始了工程机械的智能控制和节能理论技术的研究，并取得了一定成果。浙江大学冯培恩教授在挖掘机器人节能控制器方面做过较为深入的研究。在动力系统节能控制方面，1994年浙江大学与广西玉林柴油机厂合作开发的20 t节能控制液压挖掘机是目前国内机电一体化技术在挖掘机上实施的一个商品化产品，已通过实际挖掘试验。浙江大学与长江挖掘机厂合作开发的集远程无线遥控、故障监控、节能控制于一体的实用型液压挖掘机，也已经从原理上进行了试验。目前，浙江大学机械设计研究所自行研制成功一台试验性挖掘机器人，利用挖掘机器人对其节能性和操纵性进行了实际挖掘试验，取得了良好的控制效果（蔺化军．液压挖掘机功率控制系统的研究【D】.长春：吉林工业大学，2000）。