铲土车系统模型

简介

铲土车机-液-车辆强耦合，工况多变、载荷冲击。多体动力学与液压-控制联合建模支撑性能评估、能耗优化与自动化验证。
铲土车（装载机）是一种典型的工程机械，是一个集成了机械结构、液压驱动和车辆底盘动力学的复杂系统，用于铲装、运输和堆放物料，广泛应用于矿山、建筑工地和港口等场合。铲土车的核心工作装置（如动臂、铲斗）的运动并非由电机直接驱动，而是通过液压系统提供动力，由液压缸的伸缩来实现巨大力和力矩的输出。
通过对铲土车系统的建模与分析，我们可以为设计人员提供全面的解决方案，从而搭建铲土车一体化仿真系统的机械结构系统（车身、车杆和铲斗）、液压系统、轮胎动力学系统和控制系统，提高铲土车一体化仿真系统的精确建模和运动控制能力。
各子系统的具体功能如下：

• 机械结构系统：包含铲土车的车身、车架、动臂以及铲斗结构，车架具有多个连杆结构，驱动铲斗运动；
• 液压系统：为铲土车的液压驱动杠提供输入；
• 轮胎动力学系统：计算轮胎的六分力，模拟铲土车轮胎和地面接触；
• 操控系统：控制液压阀开、轮胎转向和车辆行驶；
  完整的 Modelica 模型如下图所示：
  

仿真结果分析

• 仿真运行动画
  
• 铲土车机械和液压系统运动和力结果曲线
  
• 铲土车轮胎运动和力结果曲线
  

本案例为前驱铲土车，模拟在平坦道路上，通过控制轮胎转速和方向来驱动铲土车，铲土车行驶的过程中会带来液压缸内部力发生改变，轮胎也会产生相应的抓力分力和扭矩，该构建了一个 “虚拟样机” 。它超越了传统的单领域分析，实现了从部件到系统、从静态到动态的全方位洞察：

• 用机械模型库搭建铲土车的机械系统，并通过铲土车“静态作业”案例，计算铲斗运动的对系统运动特性；
• 采用液压模型库搭建了铲土车的液压缸驱动系统，为铲土车的铲斗提供精准的动力控制；
• 采用车辆模型库，模拟铲土车轮胎和地面接触，通过控制铲土车行驶和转向，计算分析“动态”案例中铲土车作业过程中的动力学问题。
• 建立铲土车机-液-车耦合系统仿真，在物理样机制造前发现并解决设计问题，通过多学科优化，找到系统全局最优解。

版本说明

V0.0.1，2025-09-30 15:06

• 初始版本

使用许可

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