机械臂智能平衡系统研究 1、课题来源与背景： 课题来源黑龙江省教育厅科研项目；背景，工程机械的执行机构在工作过程中要克服重力的影响，由于其起落臂的自重常常会消耗很多机械动力，几乎占到能耗的50%，因此在提高工程机械效率、节能减排方面，此领域有比较大的潜力。目前解决办法是在设计上优化工作过程参数尽量减小机械手终端在重力方向上的工作行程。本课题根据工程机械从单一功能系统向多功能、实时信息处理与决策的综合化方向发展的趋势，设计了智能控制的机电液蓄能机构，从根本上解决重力无用功消耗的问题。 2、研究目的与意义： 目的在于提供一种新的提高挖掘机和悬臂式吊车节能减排能力的装置，此装置在机械臂下落时重力功转化为气液蓄能器中的气体压力势能，当机械臂上升时释放此势能推动机械臂上升。针对机械臂的不同工作起始点和往复运动的行程大小，通过液压系统驱动气泵向蓄能器气腔补充或释放气体，向气液蓄能器的液腔补充或释放液体，从而调节蓄能器的气室容积和压力范围。为了能够实现智能化的工作参数调整，系统中设计了智能控制中心，在机械臂肢节之间设置角度传感器，在蓄能器上附加压力传感器。机械臂的肢节相对旋转是液压缸驱动的，液压驱动的液压管路上设置一锁阀以保证机械臂工作间歇时能锁定机械臂肢节的相对位置。对于大型液压挖掘机，由于机械臂的自身重量相对较大，无用功的消耗比较严重，因此更需要这种机械臂自动平衡系统。 3、主要论点与论据： 1）挖掘机或吊车等的机械臂驱动动力液压缸上附加气液蓄能装置，通过平衡机械臂重力的方式，在重力做正功时蓄能，重力做负功释能，从而实现节能减排的目的。 2）机械臂驱动动力液压缸上附加气液蓄能装置，采用分体结构。动力液压缸与气液蓄能装置的活塞缸之间用联接体加螺环的方式，以螺栓联接起来。为了减小活塞、活塞杆和活塞杆过度孔之间的误差干扰，过度活塞杆两端分别用万向联轴节与活塞杆相联接。 3）附加的气液蓄能装置采用活塞式蓄能器，活塞邻接气室的一侧采用凹陷结构，增加有效的气室容积，同时延长了活塞与缸壁的配合长度。增加有效的气室容积能减小缸体的设计结构，延长活塞与缸壁的配合长度能提高活塞的工作性能。 4）机械臂驱动动力液压缸能同时兼有两种驱动方式，拉式和推式。无论推式，还是拉式，蓄能缸都要在上方，这样才能起到蓄能的作用。蓄能器一端充入液体，一端充入气体，液体的压力通过可控溢流阀调节，气体的压力通过液压马达驱动的气泵控制。根据机械臂工作区段的不同，以节能降耗为目标，进行蓄能器工作压力和气室容积的参数双向调节。 6、历年获奖情况：无 7、成果简介： 本项项目是在对国内外市场广泛调研基础上进行的，在同类产品中具有技术先进性和不可替代性，在使用上简单方便、功能全面，它的研制成功和推广，必将有利于工程机械提高工作效率、改善工作方式。在我国基础设施建设中必将产生巨大的经济和社会效益。智能机电液蓄能机构使用时需先从工程机械构件系统数据库或专家系统中获取知识，然后再输入传感器测试数据并建立专家知识库，最后给出机构工作起点和工作行程范围，实时调整蓄能机构参数，终极目标是机械臂重力能耗的零消耗。将往复工作的机械臂的重力势能存储在气液蓄能器中，当机械臂提升时释放出来，从而减少提升机械臂的动力消耗，相当于机械臂没有重量一样，也就是说尽量不做无用功。由于机械臂在不同的工作参数范围内需要调整气液结构参数，因此系统中需要设计了智能控制系统

齐齐哈尔大学

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