关键词： 清淤机器人   有限元仿真   模态分析   流固耦合   液压系统  

摘要： 针对湖泊等重点自然水环境污染防护和治理的重大需求,加快推进淤泥无害化处置和资源化利用已成为环保领域重点关注的课题之一。当前淤泥清理方式落后且效率低下,为了更好更快地进行淤泥的清理,实现淤泥清理的智能化,论文设计了一种可以高效系统化清理淤泥的水下清淤机器人,从清淤机器人的方案提出、结构设计和力学性能分析、吸淤结构的流固耦合分析、液压控制系统的设计与分析等方面进行了研究,主要包括以下几个方面:(1)根据现状对水下清淤机器人进行了方案规划,将水下清淤机器人分为支架系统、清淤系统和液压控制系统,分别对相关系统进行了系统与结构的设计。运用Solid Works软件进行三维建模,得到了水下清淤机器人的三维结构模型。对支架系统进行选材并通过试验确定了其材料参数,对支架结构在不同工况下的受力情况进行了分析并利用有限元仿真计算了结构的最大应力以及变形,对其结构的强度可靠性进行了验证。同时,对支架和绞龙部分进行了模态分析,分析了其固有频率,避免其工作时发生共振现象。(2)对清淤系统中的吸淤机构进行了流固耦合分析。考虑到淤泥含量对绞吸收工作的影响,运用多相流与滑移网格模型相结合的处理方法建立了绞龙的三维有限元模型,基于Fluent软件对不同工况条件下绞龙的内部流场进行了分析,得到了相应的压力分布图和流线分布图。同时,考虑了不同的淤泥含量与绞龙转速对流场的影响规律,利用流固耦合分析得到了不同工况下的绞龙叶片部分的应力与变形情况,验证了吸淤部分的结构可靠性。(3)对水下清淤机器人的液压控制系统进行了回路设计与仿真分析。根据清淤机器人的结构特点与预期实现的功能对其液压系统的执行元件进行了选择,利用液压缸和液压马达分别实现机构的位置调整与工作状态的转换。结合液压基本原理与机器人的实际工况,设计了该液压系统的基本回路并对其各液压元件进行了参数的计算与型号的选择,利用Fluid SIM软件对该液压系统进行了模型的建立与仿真分析,保证了所设计的液压回路的可实施性。

关键词： 掘锚并行   临时支护机器人   运动学分析   动力学分析   AMESim仿真  

摘要： 针对复杂地质条件煤矿巷道掘进中的临时支护难题,按照“掘锚并行,智能协同”的掘支系统设计理念和“卸压不离顶,滚移自适应”的临时支护设计理念,提出一种履带式龙门支护机器人系统,旨在及时支护工作面空顶区域,实现掘进与支护并行作业,提高巷道掘进和支护的安全性和高效性。研究分析了复杂地质条件下煤矿巷道掘进对临时支护和永久支护的需求,提出了能够与掘进机器人协同作业的煤矿巷道履带式龙门支护机器人系统,设计了掘支机器人系统、履带式龙门支护机器人系统总体方案,制订了基于新型掘支机器人系统的工艺。研究并设计了履带式龙门临时支护机器人和龙门钻锚机器人本体结构,包括行走履带机构、龙门框架机构、钻锚机构以及支护同步带机构等,完成了支护机器人的液压油缸与液压马达的参数计算和选型。建立了临时支护机器人的运动学模型,得到其钻锚机构正运动学与逆运动学方程,利用MATLAB的Robotics工具箱对钻锚机构的工作空间进行了仿真,得到了工作范围。利用ANSYS完成了临时支护机器人龙门式机架以及支护同步带机构的强度以及振动位移变化分析;理论分析了临时支护机器人行走稳定性与滑移性,利用RecurDyn建立不同工况的临时支护机器人动力学模型,并进行巷道直行、爬坡以及转向状态的动力学仿真,结果表明临时支护机器人的液压立柱工作阻力、马达驱动力矩等参数符合要求。依据巷道掘进实际工况条件,借助于CAXA建立临时支护机器人的支撑机构和行走机构的液压原理图,采用AMESim软件进行液压马达以及液压缸系统仿真,仿真结果表,明:液压马达与液压油缸压力、流量随着负载敏感泵调节在短时间内能够达到稳定状态,液压立柱同步性以及液压马达性能在机器人直行、爬坡和转向工况下,能够满足机器人正常工作要求。

关键词： 低压封堵器   ANSYS   结构优化   液压系统   通讯控制  

摘要： 管道运输是油气资源最主要的运输方式,但我国油气管道已逐步进入到老龄化阶段。据统计,我国在役油气管道服役时间超过10年的占比约为60%。近年来我国油气管道已逐渐进入事故高发期。现如今高压油气管道应急维抢修技术日益成熟,但是低压成品油管道作业采用的封堵方式仍多为开孔封堵技术,封堵作业后会为管道留下安全隐患。为解决低压管道的封堵问题提出了一种管内低压智能封堵技术,论文设计了一款φ559mm管内低压智能封堵器。主要研究内容如下:本文首先总结了各类封堵技术的发展概况和优缺点,根据φ559mm低压成品油管道管内封堵工况,研究设计了管内低压智能封堵器的总体结构方案,建立了封堵器的三维模型。并以管段更换作业为例,介绍了封堵器带压封堵作业过程;其次设计了封堵单元的密封结构,并借助ANSYS有限元软件分析了封堵工况下支撑皮碗轴向厚度对皮碗变形的影响规律,同时分析了密封胎胎壁厚度以及材料硬度对封堵性能的影响规律;然后设计了封堵单元的锚定结构,并分析了封堵器的锚定性能。通过建立锚定结构的力学模型,结合理论计算的方法完成了锚定液压缸的选型,同时使用理论计算与有限元模拟结合的方法对封堵器关键零部件进行了强度校核;最后根据封堵器的工作流程,设计了封堵器的液压控制系统和通讯控制方案,针对液压系统中的液压元件进行了选型计算,并给出了封堵器接收到管外控制指令后的有效控制逻辑。论文研发的管内低压智能封堵器只有封堵和牵引两个功能单元。相对于传统高压智能封堵器具有功能单元少,结构简单,加工成本低的优点;相对于传统低压封堵技术具有封堵压力高,封堵性能可靠稳定的优势。论文研究内容为解决低压成品油管道的封堵问题提供了一种可行方案,对推动国内智能封堵技术发展具有重大意义。

关键词： 桥检车   有限元   多体动力学   液压系统   联合仿真   PID控制  

摘要： 桥梁作为国家最重要的基础建设之一,对于促进社会和经济的协调发展起着至关重要的作用。为了确保桥梁的安全性和耐久性,对桥梁进行例行的检测、保养和维护必不可少。桥梁检查车正是为了给工作人员最难到达的部位提供检测、保养和维护的作业平台。臂架是桥检车执行作业的关键部件之一,因此对桥检车臂架的研究具有重要意义。本文主要针对桥检车的结构以及臂架的控制系统进行研究。首先,分析了某大桥的结构形式及检修需求并确定了该大桥适合的桥检车类型。介绍了桥检车的整车组成,明确了桥检车的设计原则和指标。其次,通过三维建模软件CATIA建立并改进了桥检车的转盘、桁架、臂架及吊篮的结构。根据得到的臂架模型及其参数,通过蒙特卡洛算法计算了臂架末端的运动范围,基于桥梁的五个待检位置通过粒子群算法对臂架的最优位姿进行规划。通过大型有限元软件ANSYS建立了臂架的有限元模型,分析了臂架变幅程度较大的两个工况在吊篮满负荷时的静力特性。通过多体动力学仿真分析软件ADAMS建立了臂架的动力学模型,分析了臂架的动力学特性及液压缸受力特点。再次,根据液压系统的设计指标及要求,设计了以油箱、过滤器、定量泵、平衡阀、电液伺服阀、单向节流阀以及液压缸等元件组成的臂架液压系统,确定了主要液压元件的参数及选型。最后,以MATLAB/Simulink作为数据交换的中间平台,分别通过SFunction模块和AME2SLCo Sim模块连接动力学仿真分析软件ADAMS和液压系统建模分析软件AMESim,建立了控制算法的验证平台。以PID控制算法为核心建立了控制模块,通过阶跃输入测试了定点跟踪效果,通过直线轨迹和正弦轨迹测试了动态跟踪效果,通过实际工况输入分析了控制系统在实际工况中的控制效果。研究结果表明:（1）臂架的结构、材料和尺寸能够满足桥梁的检测范围需求,强度和刚度能够满足各工况下吊篮满负荷的实际需求,液压缸各工况下受力变化平稳。（2）在输入为定点位置、直线轨迹以及正弦轨迹时,活塞杆位移经过短时间振荡后就回归平稳,控制系统反应速度快,跟踪精度高,控制效果良好,同时液压系统能够满足控制需求。

关键词： 可编程序控制器(PLC)   变频器   智能化自动控制技术   液压系统  

摘要： 我厂购买的老式三轴联动镗床的控制系统原设计采用旧式常规电动机控制系统,投入运行后经常出现故障,存在许多安全隐患.为了确保系统的安全运行,机床更人性化、智能化,我进行了技术改造.用变频器代替原来的接触器启动,用变频器精确定位代替原来的二极管定位,以可编程控制器(PLC)取代常规的继电器.增加了液压系统改造后的机床控制系统具有以下功能:滑台运行平稳,节能平稳启动,自动变速,精确定位,自行控制油压的压力系统.人工操作更方便,工人的劳动强度更小,提供过载、轻载、断相和电压不平衡保护,现场显示运行状态,实现智能化监控,改造后系统运行情况良好,消除了电动机启动时的冲击电流,减少了电动机的起动电流和检修维护工作量.

标准号: ISO/TR 4813-2021

关键词： 液压系统   负载敏感   先导控制   动态特性   节能特性  

摘要： 液压挖掘机广泛应用于工程机械领域。目前对于液压挖掘机的研究热点主要在其节能性和动态性能等方面，对于提高工程作业效率和节约人力资源方面具有重要意义。　　本文从液压挖掘机的核心部分流量控制系统出发，针对目前挖掘机产品市场上存在的三种主要流量控制系统，通过对其各自的优缺点对比分析后，提出一种基于负载敏感的先导控制液压系统。该系统在保证了应用较为广泛的负载敏感控制系统的优良复合操纵性能前提下，又引入了负流量控制的阀后压力控制和正流量控制的先导压力控制思想，使其能以更加节能的方式工作。通过AMEsim软件进行模型搭建，并仿真验证其在同样工况下相比负载敏感控制系统节能性最高提升15.78%，进一步的，在严格控制流量相同的前提下，节能性最高提升4.43%。旨在解决挖掘机产品节能性与运动操纵性之间平衡的问题，为流量控制系统的设计与发展提供了参考依据。　　对于所设计的负载敏感先导控制液压系统，分别对其先导控制回路和主控制回路进行数学建模。通过对先导回路稳态下的先导控制压力的数学建模，利用Matlab软件分析进一步验证了系统的节能性提升效果。通过对主控制回路动态下的阀控非对称液压缸的数学建模，验证了系统的稳定性和快速性满足要求。并且在Matlab/Simulink环境下分别添加了一自由度PID控制器和二自由度PID控制器对主控制回路部分进行动态特性优化，包括目标值的跟踪性能和干扰的抑制性能两个方面。对比研究后得到二自由度PID控制器可以根据系统的不同性能需求在一自由度PID控制器抗干扰性能最优情况下最大程度的优化系统跟踪目标值的性能。

关键词： 起升液压系统   回转液压系统   机液一体化热仿真   热分析   节能减排  

摘要： 当今中国经济高速发展,为了迎合高层以及超高层建筑的需求,能提供2000t·m以上起重力矩的大型和超大型塔机逐渐占据市场。全液压塔机由于液压传动功率密度大,易获得较大的输出扭矩,工作平稳的特点,是大型塔机的首选。动臂式变幅塔机更能够适应狭小空间的作业,所需的回转空间更小,能够满足塔机集群作业的要求。全液压动臂式塔机多为闭式液压系统,以柴油机作为动力输入。然而由于油液的循环特点,闭式散热性能不及开式系统,在重载、连续工作时经常出现液压系统温升严重的问题,不但引起资源的浪费,也对塔机工作性能产生严重影响。在国家大力推行节能减排理念的背景下,对全液压动臂式塔机工作机构液压系统发热研究具有重要意义。本文以某型号全液压动臂式塔机工作机构液压系统为研究对象,针对起升机构和回转机构液压系统的发热问题,进行仿真研究。通过AMESim仿真软件中热液压库、THCD库、Thermal库、机械库和平面机械库对液压系统的发热进行元件级建模,更加真实的模拟泵和马达的实际变量过程和液压系统的温升情况。利用平面机械库模型代替传统信号输入,搭建起升机构和回转机构机液一体化热液压模型,使仿真结果与实际工作状态更加吻合。通过仿真曲线和样本对比,对泵和马达模型的输出特性进行验证。基于功率损失法和热力学理论,验证了热液压模型的正确性。在设定的仿真工况下进行仿真,仿真结果表明:（1）在单独动作工况下,起升机构完成5个工作循环,运行2200s,液压系统温度达到83.3℃,超出了工程机械液压系统最高工作温度80℃。回转机构完成10个工作循环,运行1200s,液压系统温度为26.6℃。（2）在复合动作工况下,起升机构和回转机构交替完成5个工作循环,运行1700s,起升机构液压系统温度为76.9℃,回转机构液压系统温度为65.8℃,对比单独动作工况系统温度上升更加迅速。（3）通过改变影响液压系统温度的各项参数,进行仿真,对比参数更改前后的系统温度曲线,明确了液压系统温升过高是由于自然状态散热功率不足造成的,证明了闭式液压系统中加装风冷散热器的必要性,也为塔机的操作使用提供指导。通过分析主要产热元件,对液压系统的节能设计提供指导。对于无法降低的热量,设计一种温差发电式节能降温油箱对热能进行回收,转化的电能被用于油箱的散热,达到节能减排的目的。本文采用平面机械库模型代替传统机械和信号模型,实现机液一体化热液压仿真,仿真结果更符合塔机实际工作温升。本文研究结论的应用,不仅仅局限于塔机闭式液压系统的设计上,也为其他工程机械液压系统的设计提供指导。

关键词： 气压传动   液压传动  

ISBN: (纸本)9787565051456

摘要： 本书共十六章，分液压传动和气压传动两部分。液压传动部分主要讲述了液压传动基础知识、流体力学的基本理论、液压元件、液压伺服和电液比例控制技术、液压基本回路、典型液压传动系统及液压传动系统设计。气压传动部分主要讲述了气压传动基础知识、气源装置、气动元件、气动基本回路、工业自动化生产实例以及气动程序控制系统的设计方法。

关键词： 润滑脂   过滤   快速换网   液压系统   非牛顿流体  

摘要： 润滑脂润滑作为机械设备正常运行的重要基础环节,润滑脂质量对设备的正常运行起着至关重要的影响。机械设备的精细化发展,使其对润滑脂洁净度提出了更高的要求,如果润滑脂的洁净度过低,会造成设备整体寿命的缩短。高洁净度的润滑脂需要进行精细过滤,现有生产技术中过滤网更换繁琐,设备自动化程度以及生产效率低。因此,对润滑脂自动过滤装置系统进行开发非常必要。首先,本文基于润滑脂的特性及其过滤的工艺要求,确定了润滑脂自动过滤装置的总体方案,并对非牛顿流体的过滤理论进行了讨论,根据过滤基本模型推导出了润滑脂在恒压条件下过滤的基本方程;其次,从机械结构、气动系统、液压系统、控制系统等方面设计了润滑脂自动过滤装置。通过对现有润滑脂过滤生产工艺的分析,确定了润滑脂自动过滤装置由润滑脂自动上料系统、润滑脂过滤系统、洁净润滑脂下料系统组成,并利用UG对润滑脂自动过滤装置的机械结构进行了三维建模和整体装配;通过分析润滑脂自动过滤装置的动作要求,根据具体动作搭建了气动系统以及液压系统,根据液压系统设计了液压站来保证液压系统能稳定的工作,并对所需气动与液压元件的型号进行了选择;设计了电气控制系统,完成了硬件系统的搭建以及软件系统的设计,采用PLC控制逻辑单元,确保系统运行安全稳定可靠。本文设计了润滑脂自动过滤装置及其控制系统,能够实现润滑脂原料的自动上料、润滑脂的自动过滤、过滤网的快速更换以及洁净润滑脂的自动下料,可为润滑脂自动过滤设备的研究提供参考。