旋挖钻机上车回转液压系统节能与定位控制的研究

【摘要】： 旋挖钻机是工程机械行业中机电液一体化的施工设备，用于完成深基础桩的钻孔作业，孔深可达数十米。上车回转是在作业中使用很频繁的动作，而其回转定位精度关系到钻孔作业成桩质量；上车回转由启动、回转、制动三个阶段构成，回转负荷变化大，系统参数调节与动作控制设计关系到系统节能与工作效率的提高。 本文针对回转动作的基本特点，通过对工程机械传统回转系统的分析，结合电液比例控制技术、负荷传感控制技术、能量回收技术，设计了上车回转电液比例闭环控制系统，完成了系统的电气控制系统设计。通过负荷传感控制技术实现系统随负载变化的功率匹配，采用蓄能器吸收制动能量的能量回收技术实现系统的节能控制需要。通过电液比例控制技术、负荷传感技术与制动能量回收技术的复合运用，提高系统回转控制定位精度。采用功率键合图的方法建立系统数学模型；使用MATLAB的仿真软件对参数变化和蓄能器应用对系统响应特性的影响进行仿真分析，仿真结果表明蓄能器的存在使能量的节约达到最大限度的满足，系统结构参数与PID控制参数的优化调节，可使控制精度大幅度提高，系统设计符合回转工艺要求。以SWDM-20旋挖钻机为实验平台进行回转实验，实验结果表明系统设计符合实际动作控制要求，达到了节能及定位精度控制目的。 【关键词】：回转系统 负荷传感 节能 定位精度 功率键合图 仿真
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TU621
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 引言8
• 1.2 旋挖钻机的发展及技术特点8-12
• 1.2.1 国外旋挖钻机的发展8-9
• 1.2.2 国内旋挖钻机的发展9-10
• 1.2.3 旋挖钻机的技术特点10-12
• 1.3 旋挖钻机应用前景12-13
• 1.4 旋挖钻机上车回转系统概述13
• 1.5 本课题的意义、研究内容及关键问题13-15
• 1.5.1 本课题的意义13-14
• 1.5.2 本课题的研究内容14
• 1.5.3 本课题的关键问题14-15
• 1.6 本章小结15-16
• 第二章 旋挖钻机上车回转液压系统设计16-30
• 2.1 回转系统分析16
• 2.2 系统设计相关技术16-17
• 2.2.1 电液比例技术16-17
• 2.2.2 负荷传感技术17
• 2.3 现有回转系统方案的分析比较17-18
• 2.3.1 方案一原理图及其分析17-18
• 2.3.2 方案二原理图及其分析18
• 2.4 新型回转系统设计思路与原理图18-22
• 2.4.1 回转系统设计思路18-21
• 2.4.2 回转系统原理图21-22
• 2.5 回转液压系统元件选择22-29
• 2.5.1 马达的确定22-26
• 2.5.2 液压泵的确定26-27
• 2.5.3 液压控制阀的确定27
• 2.5.4 液压辅助元件的确定27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 旋挖钻机上车回转电气控制系统设计30-40
• 3.1 电气控制系统概述30
• 3.2 电气控制系统设计30-39
• 3.2.1 设计方案30-31
• 3.2.2 信号采集与处理31
• 3.2.3 硬件配置31-36
• 3.2.3.1 单片机31-32
• 3.2.3.2 传感器及其供电电源32-33
• 3.2.3.3 PWM功率放大器33-34
• 3.2.3.4 模拟信号处理部分34-35
• 3.2.3.5 电源部分35
• 3.2.3.6 键盘接口35-36
• 3.2.3.7 液晶显示器接口36
• 3.2.4 电气控制程序流程设计36-39
• 3.3 本章小节39-40
• 第四章 旋挖钻机上车回转液压系统建模40-53
• 4.1 数学建模的基础概念40-42
• 4.1.1 数学模型、数学建模及其过程40-41
• 4.1.2 液压系统建模常用方法41-42
• 4.2 回转液压系统建模42-52
• 4.2.1 功率键合图的构成和符号42-43
• 4.2.2 回转液压系统功率键合图及其变量定义43-46
• 4.2.3 根据功率键合图建立数学模型46-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 旋挖钻机上车回转液压系统仿真及分析53-69
• 5.1 仿真的必要性53
• 5.2 仿真软件 Matlab简介53-54
• 5.3 仿真参数的确定54-57
• 5.4 回转液压系统仿真分析57-66
• 5.4.1 负荷传感部分的仿真及分析57-59
• 5.4.2 马达回转启动、制动仿真及分析59-66
• 5.4.2.1 启动直至稳定回转的仿真分析61-63
• 5.4.2.2 比例电磁阀逐渐关闭时的仿真及分析63-65
• 5.4.2.3 蓄能器制动马达65-66
• 5.5 回转液压系统节能、定位控制与效率分析66-68
• 5.5.1 节能分析66-67
• 5.5.2 定位控制分析67
• 5.2.3 效率分析67-68
• 5.6 本章小结68-69
• 第六章 旋挖钻机上车回转系统的检测与分析69-75
• 6.1 实验目的和方法69
• 6.1.1 实验目的69
• 6.1.2 实验方法69
• 6.2 实验平台、检测设备及其连接69-73
• 6.2.1 实验平台概述69-70
• 6.2.2 实验检测设备介绍70-73
• 6.2.2.1 多系统5050手持式测量设备70-71
• 6.2.2.2 测试软件hydrowin3271-72
• 6.2.2.3 实验设备连接72-73
• 6.3 实验结果与仿真结果比较分析73-74
• 6.4 本章小结74-75
• 第七章 总结与展望75-77
• 7.1 总结75
• 7.2 展望75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 攻读学位期间主要研究成果82

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