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某型号泵车臂架系统动力学特性分析及实验研究

作　者: 李涛
导　师: 刘白雁
学　校: 武汉科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 臂架系统多体动力学联合仿真减振
分类号: TU646
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 111次
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内容摘要

混凝土泵车是输送混凝土的专用机械设备,它借助于臂架系统可以将混凝土的水平输送与垂直输送结合起来。混凝土泵车具有机动灵活、施工程序简单、工作效率高、浇注质量高等优点,而其最大的优点在于能够方便的垂直输送混凝土,比如高层建筑、高速公路、桥梁、堤坝以及地下工程等混凝土的浇注。由于以上优点使得混凝土泵车受到人们的普遍关注,并逐渐成为了工程施工过程中不可缺少的机械设备。然而,混凝土泵车在泵送作业过程中,臂架系统会出现一定程度的低频振动,这种低频振动不利于臂架末端软管的准确定位,而且还会加速臂架系统的疲劳破坏。本文以某工程机械公司37m泵车臂架系统为研究对象,将臂架抽象为机械臂系统,利用多体动力学理论,采用假设模态法和Lagrange方程相结合的方法对刚性机械臂和柔性机械臂分别进行动力学方程的推导。由于臂架是通过液压缸来驱动的,液压缸与机械臂之间的耦合作用问题,借用了机器人运动学中“驱动Jacobian矩阵”的概念,并给出了其具体计算方法。通过对所推导的刚性机械臂和柔性机械臂动力学方程的数值求解,比较了二者在反映臂架动力学特性方面的差异,摸索了机械臂系统的运动特性,并借用ADAMS软件进行了对比分析。为了进一步考虑臂架液压系统的影响,利用AMESim软件对臂架及液压系统进行完备性建模。通过调用AMESim软件中Planarmechanical模块和Hydraulic模块,实现了臂架机构和臂架液压系统的联合仿真。以某工程机械公司37m泵车为实验对象进行现场测试,通过实测曲线与仿真曲线的对比,验证了所建模型的合理性。针对泵车实际泵送作业过程中,臂架会出现一定程度振动的问题,本文还探索了抑制泵车臂架末端振动的问题,考虑了PID控制和神经PID控制在抑制臂架末端振动中的应用,运用MATLAB软件和AMESim软件实现联合仿真,利用实验室现有的实验设备,模拟了臂架末端振动的主动控制实验。通过对仿真结果和实验结果的分析,验证了仿真模型的合理性及神经PID控制策略的减振效果较好。本课题所做的工作对混凝土泵车臂架系统的进一步完善和臂架末端振动的抑制研究有一定的指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 论文的选题背景  9
  1.2 混凝土泵车的相关简介  9-12
    1.2.1 混凝土泵车发展历程简介  9-10
    1.2.2 国内外混凝土泵车的生产现状及泵送的发展趋势  10-11
    1.2.3 混凝土泵车结构组成  11-12
  1.3 多体系统动力学概述  12-14
  1.4 论文的研究内容  14-16
第二章刚性/柔性多体系统动力学特性分析  16-38
  2.1 刚性机械臂动力学方程的建立  16-22
    2.1.1 刚性机械臂的动力学描述  17
    2.1.2 刚性机械臂的总动能和总势能  17-18
    2.1.3 广义主动力的计算  18-21
    2.1.4 刚性机械臂动力学方程  21-22
  2.2 柔性机械臂动力学方程的建立  22-32
    2.2.1 柔性机械臂的动力学描述  22-23
    2.2.2 柔性机械臂的总动能和总势能  23-26
    2.2.3 广义主动力的计算  26-30
    2.2.4 柔性机械臂动力学方程  30-32
  2.3 动力学仿真分析  32-37
    2.3.1 动力学方程数值求解  32-33
    2.3.2 动力学方程数值求解程序  33-34
    2.3.3 动力学仿真结果及分析  34-37
  2.4 本章小结  37-38
第三章某型号泵车臂架系统的完备性建模及实验分析  38-54
  3.1 泵车臂架及其液压系统介绍  38-42
    3.1.1 泵车臂架结构及工作原理  38-40
    3.1.2 泵车臂架液压系统  40-42
  3.2 泵车臂架及其液压系统仿真模型的建立  42-48
    3.2.1 臂架机构动力学AMESim模型  45-46
    3.2.2 臂架液压系统AMESim模型  46-48
  3.3 泵车臂架系统模型仿真与实验分析  48-53
    3.3.1 泵车臂架动力学模型仿真与实验结果对比  48-51
    3.3.2 泵车臂架固有频率仿真与实验结果对比  51-53
  3.4 本章小结  53-54
第四章泵车臂架振动的主动控制研究及实验分析  54-70
  4.1 概述  54-56
    4.1.1 泵车臂架振动控制的研究现状  54-55
    4.1.2 振动的主动控制的基本方法  55-56
  4.2 PID控制算法  56-59
    4.2.1 PID控制算法  56-57
    4.2.2 臂架末端振动PID减振控制  57-59
  4.3 神经PID控制算法  59-64
    4.3.1 神经PID控制器的基本结构  59-60
    4.3.2 BP 网络PID控制器的算法  60-62
    4.3.3 BP 网络PID控制器的仿真分析  62-64
  4.4 模拟减振实验研究  64-69
    4.4.1 实验原理及实验装置  65-67
    4.4.2 实验结果及数据分析  67-69
  4.5 本章小结  69-70
第五章工作总结与建议  70-72
  5.1 论文工作总结  70
    5.1.1 主要研究内容  70
  5.2 建议  70-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
攻读硕士学位期间发表的论文  77-78
摘要  78-80
Abstract  80-81

某型号泵车臂架系统动力学特性分析及实验研究

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