Macchine movimento terraProduzione e robotica

Escavatore idraulico

Un escavatore da 20 tonnellate come un unico modello multifisico — un meccanismo articolato planare braccio/avambraccio/benna azionato da cilindri idraulici alimentati da una pompa load-sensing, dalla cinematica e dallo spazio di lavoro attraverso un ciclo di scavo accoppiato fino alla forza di strappo e all’energia per ciclo.

DjiniousLabModellazione e simulazione

Un grafico del notebook di DjiniousLab di un ciclo di scavo di un escavatore — angoli dei giunti di braccio, avambraccio e benna con la pressione del cilindro del braccio che ha un picco ai contatti con la resistenza di scavo

braccio · avambraccio · benna: 3 linkbraccio · avambraccio · benna
pressione di sistema: 35 MPapressione di sistema
forza di strappo della benna: 125,3 kNforza di strappo della benna
energia per ciclo di scavo: 572 kJenergia per ciclo di scavo
notebook di progettazione: 9notebook di progettazione
composizione .djl: 1composizione .djl

Un escavatore dove la potenza fluida incontra il multibody.

Il braccio operativo di un escavatore da 20 tonnellate — braccio, avambraccio e benna — come un unico modello che copre due domini fisici contemporaneamente: un meccanismo multibody planare azionato da cilindri idraulici alimentati da una pompa load-sensing. Dalla cinematica diretta e inversa attraverso un ciclo di scavo accoppiato fino alla forza di strappo e all’energia per ciclo, con il cilindro a controllo di valvola composto anche come .djl acausale eseguibile su un dominio idraulico completamente nuovo.

Geometria, idraulica e uno scavo completo.

Ogni sottosistema è un proprio notebook eseguibile, costruendo dalla geometria del braccio fino a un ciclo di scavo accoppiato fluido-multibody.

Cinematica del braccio

Cinematica diretta del braccio planare a 3 link, spazzata per tracciare lo spazio di lavoro raggiungibile dalla punta della benna — 11,68 m di sbraccio e 6,58 m di profondità di scavo, renderizzati come posa 3D e inviluppo 2D.

Cinematica inversa

Un risolutore in forma chiusa posiziona la punta della benna su un bersaglio con un errore di andata-ritorno di cinematica diretta di 0 mm — esatto, non iterativo.

Cilindro idraulico

Comprimibilità della camera, portata attraverso la valvola a orifizio e dinamica del pistone: un cilindro comandato si estende fino a 0,96 m e raggiunge un picco di 24 MPa, sotto la taratura di 35 MPa della valvola di massima.

Mappatura dell’attuatore

Il braccio di leva non lineare della geometria del cilindro — con un picco vicino a 1,29 m a metà corsa — mappa la forza del cilindro su una coppia massima al giunto del braccio di 515 kN·m alla pressione di sistema.

Ciclo di scavo accoppiato

Il braccio multibody planare, gravità e inerzia incluse, azionato dai tre cilindri lungo una traiettoria di scavo — angoli dei giunti, pressioni dei cilindri e percorso della benna come animazione a 46 frame.

Pompa e condivisione della portata

La portata di un’unica pompa load-sensing condivisa tra tre comandi di cilindro simultanei — la compensazione di pressione mantiene alimentata la sezione pesante del braccio dove un collettore ingenuo la affamerebbe.

Un grafico del notebook degli angoli dei giunti di braccio, avambraccio e benna lungo un ciclo di scavo con la pressione del cilindro del braccio che ha un picco al contatto con il terreno — Un ciclo di scavo completo: gli angoli dei giunti di braccio, avambraccio e benna che spazzano attraverso la trincea mentre la pressione del cilindro del braccio (tratteggiata) ha un picco esattamente dove la benna incontra la resistenza di scavo — l’accoppiamento tra l’idraulica e il braccio multibody, in un’unica traccia.

Un attuatore idraulico su un dominio che non esisteva.

Il cilindro a controllo di valvola che aziona il proprio carico è un .djl acausale eseguibile costruito su un dominio idraulico personalizzato — pressione come potenziale, portata volumetrica come variabile di flusso — che non è nel catalogo dei blocchi. Una pompa load-sensing alimenta una valvola proporzionale che alimenta un cilindro a semplice effetto che spinge un carico inerziale contro la resistenza di scavo, e lo stesso kernel che risolve le reti elettriche e meccaniche lo risolve senza modifiche al motore. È verificato attraverso il motore di produzione del canvas: la camera si pressurizza a 5,34 MPa — esattamente il carico di scavo di 60 kN diviso per l’area dell’alesaggio di 0,0113 m² — e la forza del cilindro converge a 60 kN. Definisci un connettore, scrivi le equazioni, e la potenza fluida è semplicemente un altro dominio.

Un grafico del notebook della resistenza di scavo contro la forza di strappo disponibile della benna lungo un ciclo di scavo, con il margine evidenziato — Riesce a scavare? La forza di strappo disponibile a 35 MPa rappresentata contro la resistenza del terreno lungo il ciclo — 125,3 kN di strappo contro la resistenza di picco, con margine da vendere. La domanda a cui ogni attrezzatura frontale di escavatore deve rispondere, risolta prima che venga tagliato un solo pezzo di acciaio.

Un grafico del notebook della potenza idraulica e dell’energia accumulata su un ciclo di scavo, per un totale di 572 kJ — Il bilancio energetico: la potenza idraulica (pressione × portata) sommata lungo il ciclo di scavo arriva a 572 kJ — il numero che dimensiona la pompa, il raffreddamento e il consumo di carburante per ciclo, derivato dalla stessa esecuzione accoppiata che ha prodotto il moto.

Ogni numero è uno che puoi rieseguire.

I notebook sono subordinati a risultati verificati dal worker, e il .djl dell’attuatore idraulico è confermato risolvere attraverso il motore di produzione del canvas.

Risultato

Sbraccio alla punta della benna: 11,68 m
Errore di andata-ritorno IK: 0 mm
Coppia massima al giunto del braccio: 515 kN·m
Forza di strappo della benna: 125,3 kN
Energia per ciclo di scavo: 572 kJ

Dettaglio

Sbraccio alla punta della benna: 6,58 m di profondità di scavo
Errore di andata-ritorno IK: forma chiusa
Coppia massima al giunto del braccio: a 35 MPa
Forza di strappo della benna: + margine
Energia per ciclo di scavo: —

Fedeltà di potenza fluida di livello progettuale.

Il braccio è un modello planare a 3 link, l’idraulica sono elementi concentrati cilindro-e-orifizio anziché un modello di linea distribuito, e la resistenza del terreno è un profilo scriptato, non un’interazione a elementi finiti terreno-utensile. Il notebook di scavo accoppiato usa un servo di velocità del cilindro limitato in pressione affinché l’integrazione multibody resti robusta mantenendo comunque inerzia reale, gravità e il tetto della forza idraulica. Questa è la fedeltà di cui la progettazione della macchina ha bisogno per prima: dimensionare cilindri e pompa, verificare sbraccio e strappo, condividere la portata tra gli attuatori, e definire il budget energetico per ciclo — sui numeri della tua macchina, prima di un multibody 3D completo o di un modello idraulico CFD.

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