Dynamic Simulation of a Hydraulic Excavator to Determine the Joint Reaction Forces of Boom, Stick, Bucket, and Driving Forces of Hydraulic Cylinders

• Autorzy: Nguyen Dang Tan

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2020-02-17

Warianty tytułu

PL

Dynamiczna symulacja koparki hydraulicznej w celu określenia sił reakcji na przegub, wysięgnik, ramienia, łyżkę oraz sił napędowych cylindrów hydraulicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

To optimize the dimensions of the boom, stick of the hydraulic excavator and select the suitable hydraulic bucket, stick, and boom cylinders, the designer must determine the joint reaction forces and driving forces. These forces always alter in an excavator's working cycle. They are conventionally calculated by mathematical method. This conventional method is complicated and challenging to determine the maximum reaction forces, which can break the stick and boom. This article builds a 3D model and simulates a working cycle of the hydraulic excavator to find the reaction force diagrams of boom and stick as well as driving forces of hydraulic cylinders by using computer software PTC Creo Parametric. Based on these results, the designer easily calculates the maximum tensions of the dimensions of boom and stick in a working cycle to optimize their dimensions as well as selects suitable hydraulic cylinders.

PL

Określenie siły reakcji na przegub i siły napędowej jest warunkiem optymalizacji wymiarów wysięgnika, ramienia koparki hydraulicznej i dobrać odpowiednie hydrauliczne siłowniki łyżki, ramienia i wysięgnika. W cyklu roboczym koparki, siły te zawsze zmieniają się. Tradycyjne metody są zwykle skomplikowane i trudne do określenia maksymalnych sił reakcji, które mogą spowodować złamanie drążka i wysięgnika. W artykule zbudowano model 3D i symulowano cykl pracy koparki hydraulicznej w celu znalezienia wykresów sił reakcji wysięgnika i ramienia oraz sił napędowych cylindrów hydraulicznych za pomocą oprogramowania komputerowego PTC Creo Parametric. Na podstawie tych wyników, konstruktor w łatwy sposób oblicza maksymalne naprężenia wymiarów wysięgnika i ramienia w cyklu pracy, aby zoptymalizować ich wymiary, a także dobiera odpowiednie hydrauliczne cylindry.

Słowa kluczowe

EN

dynamic simulation; excavator design; joint reaction forces; driving forces; maximum tension

PL

symulacja dynamiczna; projektowanie koparek; siły reakcji na przegub; siły napędowe; maksymalne napięcie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2020
• Tom: no. 2, vol. 1
• Strony: 131--137
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Nguyen Dang Tan

• Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

Bibliografia

• 1. Alaydi, Juma Yousuf. ,Modeling and simulation of a hydraulic excavator, 2009
• 2. Belma Babovic, Almir Osmanovic, Bahrudin Saric., Design and simulation of hydraulic excavator manipulator system, XVII International Scientific Conference on Industrial Systems, Novi Sad, Serbia, October 4. – 6. 2017, pp. 108-111.
• 3. Bhaveshkumar P. Patel, J. M. Prajapati, Dynamics of Mini Hydraulic Backhoe Excavator: A Lagrange-Euler (L-E) Approach, International Journal of Mechanical, Industrial Science and Engineering Vol:8 No:1, pp. 202-211, 2014
• 4. Creo Parametric, Mechanism Design and Mechanism Dynamics, Internet http://support.ptc.com/, 2020.
• 5. Eugenio Leati, Roberto Paoluzzi., Hydraulic Excavator Working Cycle: From Field Test to Simulation Model, 7th International Fluid Power Conference, Aachen 2010
• 6. Fiscor, S., Better technology and more power make loading tools more productive, but well-trained operators are the most important aspect, Productivity Considerations for Shovels and Excavators, internet: http://www.womp-int.com/, 2020
• 7. Gregory Poole CAT., Excavator types, internet: https://www.gregorypoole.com/, 2020
• 8. Korucu, S., Küçük, A. E., Samtaş, G., mini excavator design and analysis, International Journal of Innovative Science and Research Technology, Volume 2, Issue 11, November– 2017, pp. 198-206
• 9. Kato works co.,ltd., Regzim fully hydraulic excavator HD820R, internet: http://www.kato-works.co.jp, 2020
• 10. Mishra, R., Dewangan, V, optimization of component of excavator bucket, International Journal of Scientific Research Engineering & Technology, May 2013, Volume issue 2, pp. 76-78
• 11. Orlemann, E.C., power shovels, the world's mightiest mining and construction excavators, motor books international, 2003, pp. 101-102.
• 12. Patel, B. P., Prajapati, J.M., soil-tool interaction as a review for digging operation of mini hydraulic excavator, international journal of engineering science and technology, 2011, vol. 3, no.2, pp. 894-901.
• 13. Patel, B.P., Prajapati, J.M., evaluation of bucket capacity, digging force calculation and force analysis of mini hydraulic backhoe excavator, machine design, 2012, vol. 4, no. 1, pp. 59-66.
• 14. Rosen Mitrev, Dragoslav Janošević, Dragan Marinković., Dynamical modelling of hydraulic excavator considered as a multibody system, Technical Gazette 24, Suppl. 2(2017), 327-338
• 15. Rusiński, E., Czmochowski, J., Moczko, P., Pietrusiak, D., Surface Mining Machines, Springer International Publishing, 2017
• 16. Salcudean, S.S, Tafazoli, S., Lawrence, P.D., Chau, I., impedance control of a teleoperated mini excavator, advanced robotics icar '97 proceedings 8th international conference, monterey, california, u.s.a., 1997, pp. 19-25.
• 17. Zhang, S., Minav, T., Pietola, M., Kauranne, H., Kajaste, J., The effects of control methods on energy efficiency and position tracking of an electro-hydraulic excavator equipped with zonal hydraulics, Automation in Construction, 2019, Volume issue 100, pp. 129-144
• 18. J.D. Zimmerman, M. Pelosi, C.A. Williamson., Energy Consumption of an Ls Excavator Hydraulic System, ASME International Mechanical Engineering Congress &Exposition, Seattle, Washington, USA, November 11–15, 2007
• 19. XiaoboYang, PeijunXu., Road Load Analysis Techniques in Automotive Engineering, Chapter 1, pp. 1-60, Butterworth-Heinemann, 2012.
• 20. S. Šalinić, G. Bošković, M. Nikolić., Dynamic modelling of hydraulic excavator motion using Kane's equations, Automation in Construction 44 (2014) 56–62.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).