关键词： 装载机   传感器网络   液压系统   铲斗平移   模糊PID  

摘要： 在控制技术、传感器技术、信息技术不断升级的时代,工业基础设施建设消费市场对工程机械的性能要求不断提升。装载机以其操作简单、工作效率高、人工作业强度低以及逐渐智能化等优势,占据了大部分工程机械市场份额。因技术限制,传统的装载机已经无法满足人们日益增长的智能化需求。因此,通过优化装载机的控制系统使装载机完成更多智能化操作成为大势所趋。装载机逐渐智能化的转变,在一定程度上满足了消费者对性能的需求,但同时会产生新的装载机铲斗平移性控制问题。因此,本文研究基于装载机铲斗平移控制技术新难题,调研分析国内外解决铲斗平移性控制方法的内在机理,并采用以下研究思路来解决装载机铲斗平移性控制问题:首先,本文研究了基于国内外铲斗平移性控制方案,提出了基于传感器网络的装载机铲斗平移性控制方法。首先分析装载机工作装置以及工程约束参数与多个不同传感器参数之间的关联,然后确定铲斗平移控制研究方案。最终,所提方案对装载机铲斗平移性控制研究具有实际可行性。其次,本文研究了影响装载机铲斗平移性能的液压控制系统的因素。明确提出了传感器网络中摇臂传感器增益是影响液压控制系统稳定性的主要因素。基于Matlab/Simulink仿真实验平台,结合传感器网络、工作装置角度与长度关系建立液压控制系统模型,分析液压控制系统控制效果,验证该液压控制系统的稳定性确实与传感器增益有关。同时验证了传感器网络中摇臂传感器增益即为整个传感器网络增益,并得出液压控制系统的稳定性受不同传感器网络增益的影响程度。接着,本文研究了对铲斗平移液压控制系统的优化算法。通过PID（Proportion Integration Differentiation）控制算法优化,提升液压控制系统在响应时间、超调量以及稳定时间上的性能。本文提出了基于Matlab/Simulink仿真平台,采用模糊自适应PID（Fuzzy Adaptive Proportion Integration Differentiation,F-PID）控制算法对液压控制系统进一步优化。结果表明不同传感器网络增益下,F-PID控制算法控制性能更加出色。最后,本文研究了基于F-PID液压控制的铲斗平移控制系统。首先建立铲斗平移控制系统的仿真模型。为了满足实际工程设计需求,将所提出的F-PID算法应用于ZL型反转六连杆电控装载机上。通过软硬件设计实验,验证铲斗平移控制系统实际效果。对比分析装载机铲斗平移性理论仿真和实际实验结果,得出实际测试结果满足工程设计需求。

关键词： 液压挖掘机   液压系统   热平衡   多学科联合仿真  

摘要： 液压挖掘机是矿山工程建设中应用最广泛的工程机械设备,主要用来进行各类土方挖掘等高强度作业。液压系统作为液压挖掘机中主要的传动与控制系统,存在着较大的能量损失,这些损失的能量大部分以热能的形式被液压油和液压元件吸收,从而引起液压油与液压元件温度升高,加快液压油性能恶化,导致系统泄漏量增大,进而使工作效率降低。由于挖掘机恶劣的工作环境以及工作的连续性,液压系统的热平衡问题成为制约液压挖掘机工作效率的重要因素,因此液压系统冷却能力的合理匹配显得尤为重要。传统设计方法一般是将选型的冷却系统装机后进行热平衡试验与验证,常导致返工次数较多,严重制约了冷却系统的开发效率与开发周期。针对上述问题,本文在NSFC-山西煤基低碳联合基金资助项目（U1510206）的资助下,通过机-液-热多学科联合仿真建模的方法来研究液压挖掘机液压系统热平衡特性,以达到降低试验测试成本,缩短冷却系统开发周期的目的,同时对液压挖掘机液压系统的热平衡特性进行深入的研究。具体工作内容如下。本文根据热力学基础理论,基于质量守恒和能量守恒原理建立液压元件热特性的数学模型,采用控制体方法推导出主要液压元件中油液的温度变化方程,理论分析液压元件的发热与散热特性,对液压系统热平衡进行了预估。分析液压挖掘机样机的工作原理及控制策略,根据物理结构和参数建立液压挖掘机机械结构模型、液压系统模型及热交换模型。然后,在Simulation X仿真平台中将机械、液压和热交换模型三者耦合,建立机-液-热多学科仿真模型。最后,通过与样机试验结果相比较,验证仿真模型的正确性。利用建立的多学科仿真模型,着重分析典型工作循环条件下液压系统热平衡特性。通过仿真,得到了工作循环中各液压元件的发热与散热特性、各工作阶段发热量的变化规律以及主要液压元件的温度变化情况。在液压元件中,阀组元件发热占比最大约为65%,散热器散热量占比最大约为80%,环境温度越高挖掘机热平衡温度越高。通过以上建模和仿真结果分析,可为液压挖掘机液压系统冷却功率匹配提供指导,从而加快冷却系统的开发效率和缩短开发周期。

关键词： 深基础工程   桩基础   履带式反循环钻机   液压系统  

摘要： 目前大部分深基础工程桩基施工项目采用旋挖钻机设备施工,但是对于大桩径、深桩使用市场,反循环钻机还是有着不可替代的作用。为适应大桩径、深桩施工,反循环钻机也逐步由汽车底盘发展为履带式底盘,主要发展方向有两类:一种是电机驱动动力头的反循环钻机,还有一种是由液压驱动动力头的液压式反循环钻机。液压式反循环钻机主要由钻杆、钻斗,行走履带底盘,上车装置,桅杆架,动力头,砂石泵系统,液压系统及电气系统组成。就反循环钻机液压系统进行分析探讨。

关键词： 农业机械   液压系统   故障高发原因  

摘要： 尽管液压技术的应用提高了农业机械的科学技术含量,但由于使用和维护不当造成液压系统的故障率较高,因此对农业机械液压系统的故障进行了分析,并提出解决方案.

关键词： 采煤机   液压系统   故障诊断   RBF神经网络   D-S证据理论  

摘要： 针对当前煤矿安全事故频发以及深井采煤日益增多的趋势,西山煤电集团提出了综采无人工作面建设项目,本课题即源于该项目。液压系统是采煤机行走、调高、切割等作业动作的重要系统,绝大多数采煤机故障都与其有关,是采煤机智能无人化改造的关键。本文基于信息融合技术对采煤机液压系统的故障诊断展开研究,主要研究工作内容如下:(1)将测试性分析技术应用于采煤机液压系统故障诊断系统的构建,以液压系统典型故障模式及其监测方式分析为基础,确定了采煤机液压系统各组成部分的传感器布置初步方案,探究并验证预设构想,给出故障诊断系统测试性设计的预期实现目标、基本原理框架、硬件参数要求、软件功能逻辑。分析了当前故障诊断技术的优缺点,确立了“时频域分析-RBF神经网络-D-S证据理论”的分层次故障诊断思路。(2)结合采煤机液压系统常用实时状态监测数据开展故障诊断的特点,分析了采煤机液压系统常用的监测参数如振动、压力、温度等,并给出了不同参数信息的处理方法。通过对采煤机液压系统故障诊断问题的实质性分析,依据实时状态诊断数据与故障模式之间存在的非线性关系,采用K-means聚类方法确定神经网络数据中心,建立了基于RBF神经网络的特征层信息融合故障诊断模型,并进一步采用D-S证据理论,本文构建了基于“时频域分析-RBF神经网络-D-S证据理论”多理论的故障诊断信息融合模型,解决了来自不同信息源的故障诊断结果相互间存在的融合问题。(3)以西山煤电集团MG400(450)/930(1030)-GWD型采煤机液压系统双联齿轮泵的状态监测数据为基础,对本文给出的故障诊断信息融合模型开展了实证研究。结果表明,本文构建的采煤机液压系统故障诊断两级信息融合模型,可以避免单独依靠神经网络故障诊断而造成的诊断结果错误,故障诊断准确率得到优化,可应用于采煤行业的综采无人工作面建设。

关键词： 双阀并联   切换控制   蚁群聚类   模糊RBF神经网络  

摘要： 本文基于国产化项目的背景,提出大流量比例阀和小流量伺服阀并联控制的方案。文中研究的重点主要有:分析设计出双阀过渡到单阀的切换控制器;针对单阀控制后期精确性目标,提出合适的控制策略。文中分析了传统液压控制以及双阀并联控制液压伺服系统的结构及工作原理,对本课题双阀液压系统的液压元件进行选型介绍;在此基础上,根据阀控缸理论建立了数学模型;利用建立的模型,进行了系统稳定性以及阶跃响应仿真,从结果上验证了双阀控制系统的可行性和必要性;最后分析了液压系统中非线性存在的因素并建立了联合仿真模型。针对如何平滑的将双阀控制切换至单阀控制的问题,文中对直接切换、线性切换、模糊切换的工作原理以及性能进行了具体分析,通过联合仿真结果表明,模糊切换在双阀控制时期有效了提高了响应速度,在切换期表现出超调小、波动小等特点,这表明模糊切换具有稳定性好、切换平滑等优点。单阀控制系统时,旨在提高系统控制精度,针对系统非线性强等特点,提出了基于模糊RBF神经网络系统的PID控制方法。针对神经网络易陷入局部最优和收敛速度慢的缺点,提出了蚁群聚类和共轭梯度法优化的策略。仿真结果表明将模糊RBF神经网络PID控制同切换控制相结合的控制策略,具有响应快、精度高、稳定性强等优点。最后搭建了双阀液压系统半实物仿真平台,验证了双阀切换算法与优化模糊RBF神经网络控制策略的控制性能。

关键词： 液压系统   污染控制   油-气分离   旋流分离   数值模拟  

摘要： 润滑油液中的气体污染控制对滑油系统的稳定运行非常重要，去除油液中的溶解空气和游离空气是滑油中气体污染控制的关键。本文针对润滑油液中气体污染控制问题，提出了一种综合利用自激振荡空化射流技术和旋流分离技术的滑油-气体在线除气装置。综合采用理论推导、数值仿真与试验测试相结合的方法，开展了对自激振荡旋流式油-气分离装置的油-气分离机理研究。探究了在不产生空化的前提下自激振荡腔内油液中溶解气体的充分析出机制，并对自激振荡腔的关键结构参数配比对内部压力特性的影响进行了分析。另外研究了旋流器内部的气体迁移特性和旋流器的结构形式与结构参数对油-气分离性能的影响，搭建了油-气分离试验平台，进行了试验验证。本文的主要研究内容如下:　　(1)概述了目前油液中气体污染控制技术、旋流分离技术和自激振荡空化射流技术的国内外研究现状，提出了将自激振荡腔作为溶解气体在线析出装置和旋流器作为油液-气泡分离装置的设想，阐述了论文的主要研究内容与关键性技术问题。　　(2)针对滑油中气体污染的存在形式，阐述了滑油中溶解空气与游离空气的特性及其危害。对自激振荡空化射流的原理展开分析，探索了油中溶解气体的析出机制;通过建立旋流器中气泡的受力模型，研究了气泡在油液中的迁移特性，并对自激振荡旋流式油-气分离装置进行了结构设计。　　(3)建立了自激振荡腔物理模型和数学模型，利用Fluent软件对油液单相流进行了流场仿真研究，分析了三项无量纲结构参数配比(d2/d1、D/d2、D/L)和入口速度对腔内流场分布特性的影响，获得了不产生空化前提下产生射流真空的最佳结构参数配比及入口速度。　　(4)建立了旋流器的物理模型，利用混合多相流模型和RSM湍流模型对旋流器的油-气分离行为进行仿真研究，分析旋流器入口结构形式和关键结构参数（溢流管直径、溢流管插入深度、柱段长度、底流管直径和锥段角度等）对油-气分离性能的影响，确定了关键参数的优选范围。　　(5)搭建了油-气析离试验系统，探索了不同结构自激振荡腔的压力分布规律;利用可视化技术和流体计量技术，研究了不同结构参数和操作参数下旋流器内部的油-气两相流场分布特征及其分离性能，获取了气泡在旋流器中的迁移特性，验证了数值计算结果的可靠性。基于前述研究，开展了自激振荡旋流式油-气分离装置样机的油-气分离试验研究，验证了油-气分离机理。

摘要： 为适应线上线下混合教学形势,在对《液压传动技术》课程现状进行分析的基础上,探讨了对该课程进行线上线下教学改革的必要性,以及在教学内容和考核方式方面的改革措施,并对线上线下混合式教学的优势进行了总结。

关键词： 旋挖钻机液压系统   动力头   Amesim   高速甩土   分挡输出  

摘要： 旋挖钻机作为一种先进的桩工机械,广泛应用于工程建筑、桥梁建设、公路建设、农业工程等领域,特别是近几年全国各地的粮仓建设,大量应用到了旋挖钻机进行钻孔施工。动力头是旋挖钻机关键的部件之一,是决定旋挖钻机成孔效率的关键因素。本文研究了旋挖钻机动力头液压系统,提出了动力头分挡输出方案,提高了旋挖钻机的工作效率。本文分析了旋挖钻机动力头液压系统的特点,确定了主泵与液压马达的控制方案,并设计出了流量截断回路;通过流量截断回路控制动力头马达的工作个数,提出了标准模式、快速模式、入岩模式、甩土模式的动力头四挡输出方案;利用Amesim液压仿真软件对本文设计的液压回路建立了模型,并模拟多种不同负载对各个工作挡位进行了仿真分析,仿真结果表明,设计方案具有可操作性。最后本文对带有这四种工作模式的样机进行了现场实验,实验结果表明,快速模式在软土层施工时较普通旋挖钻机效率提高20%;入岩模式稳定可靠;甩土模式时的高速甩土较普通正反转甩土效率有明显提升,并且极大的降低了施工噪音。

关键词： 环缝钻车   液压系统   负载敏感系统   隧道掘进   AMESim仿真  

摘要： 随着我国隧道掘进长度的增加,隧道掘进效率和自动化掘进并重的观点在安全掘进中日益凸显,特别是需要使用非爆破型钻孔方式的场合。环缝钻车在振动、噪音、精确控制和静态掘进钻孔等方面有显著的优势。目前环缝钻车方面的液压系统的设计几乎没有。本文依据环缝切割的机理和定位功能的要求,对环缝钻车的行走液压系统、平移回转液压系统以及推进钻削液压系统等进行了研究,并利用AMESim仿真软件对液压系统进行了仿真研究。（1）首先,通过分析环缝钻车的设计指标及实际工况需求,确定了环缝钻车行走液压系统、平移回转液压系统以及推进钻削液压系统的设计方案。根据具体的实际工作情况,分析钻车液压系统的效率。对行走液压系统进行力学分析,得到钻车不同工况下的最大牵引力。（2）其次,根据各个动作的机理和液压控制方式的分析,设计了钻车整体液压系统原理图,对各模块的液压参数进行了分析计算。而且对回路中关键的液压元件进行了计算和选型,如液压缸、回转驱动器、行走马达以及液压泵等。（3）最后,建立了环缝钻车关键元件回路、行走回路、平移回转回路和推进钻削回路的AMESim仿真模型并进行仿真。对环缝钻车的上、下坡和平地行驶的工况进行仿真,通过行走液压回路的响应曲线的分析,验证了行走液压马达动作波动后及时稳定,符合工况和设计需求。在定位过程中,对平移回转液压系统的相互协同动作工况进行仿真。通过分析各执行器的特性曲线,验证了五种定位执行器相互协同动作的稳定性和可靠性。在钻削工作中,对推进钻削液压系统的钻筒变负载的工况进行仿真,得到了工作装置不同的响应曲线。基于阀后压力补偿器的负载敏感变量泵对解决钻筒的变载荷冲击的效果理想,并具有较强的速度刚度。且工作装置液压系统的抗流量饱和能力与设计的预期值基本一致。以上研究验证了系统设计满足要求,并为相似工程机械的液压系统设计与研究提供了方法和思路。