挖掘机系统匹配半实物负载仿真平台研究.pdfVIP

摘要

挖掘机的系统匹配是整机开发过程中的重要研究内容，国产挖掘机企业通常

基于传统的系统匹配试验台对整机的匹配性能进行测试。目前市场上的挖掘机系

统匹配试验台大多是一种具备载荷谱自动注入测试能力的纯物理仿真测试平台，

通过将被试机型的发动机、泵、阀、控制器等接入试验台架，由控制器按测试程

序对发动机和主阀等进行控制，通过调节先导系统和负载系统模拟真实作业工况，

采集各系统运行参数，分析系统匹配性能。这种传统形式的系统匹配试验台自身

并不具备挖掘负载的动态实时模拟功能，只有在装机完成并采集到相应工况下的

实验载荷谱的前提下，才能对整机的元件性能、系统匹配性能进行加载测试模拟。

然而，在新产品的开发流程中，利用传统的匹配试验台不能够在产品开发初期即

对所设计的系统性能进行测试验证，无法为设计人员提供可靠的设计参考。

为了弥补传统挖掘机系统匹配试验台测试过程中存在的不足，在新机型设计

初期核心部件选型阶段即能实现对整机系统性能的验证调试，实现试验前置，规

避研发风险，缩短研发周期，本文结合校企合作项目“系统匹配试验室半实物仿

真平台建设”，在传统的系统匹配试验台的基础上，采用基于半物理仿真测试的

思路，构建挖机工作中动态负载实时模拟系统，结合整机液压、动力系统，建设

了挖掘机系统匹配半实物负载仿真平台。以负载仿真模拟系统为核心，搭建了整

机运动学、动力学以及挖掘负载仿真分析模型；以整机实验采集载荷谱为参考，

结合离散元-多体动力学联合仿真（DEM-MBD）的方法，对挖掘负载模型关键土

壤参数进行了修正，并对负载仿真精度进行了验证分析；通过将负载仿真实时模

拟系统接入试验台架，根据台架负载加载原理设计实验方案，由先导手柄控制模

拟真实挖掘作业工况，验证负载仿真精度和实时性；提取测试台架的能耗、效率

以及功率流特性，并与整机实验采集数据对比，验证了半实物负载仿真平台系统

匹配性能的测试精度。

通过半实物负载仿真平台的建设，使得试验室测试数据更精确，试验环境更

接近现实，达到提升系统匹配性能测试能力的预期目标。

关键词：

挖掘机，负载仿真，半实物仿真平台，系统匹配，离散元-多体动力学联合

仿真

Abstract

Systemmatchingisanimportantresearchcontentinthedevelopmentprocessof

excavators,domesticexcavatorenterprisesusuallytestthematchingperformanceof

excavatorbasedonthetraditionalsystemmatchingtestbench.Atpresent,mostofthe

systemmatchingtestplatformsofexcavatoronthemarketarepurephysicalsimulation

testplatformswiththecapabilityofloadspectrumautomaticinjectiontest.Theengine,

pump,valvesofthetestedexcavatorareconnectedtothetestbenchandcontrolledby

controlleraccordingtothetestprogram.Thepilotsystemandloadsystemareadjusted

tosimulatetherealoperatingconditions,andtheoperatingparametersarecollectedto

analyzethematchingperformanceofthesystem.Thetraditionalsystemmatchingtest

benchdoesn’thavethereal-timesimulationfunctionofdynamicminingload,onlyon

thepremisethattheassemblywascompletedandtheexperimentalloadsp