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液压吊桩器载荷试验系统研究

作　者: 徐连江
导　师: 章青
学　校: 天津大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 载荷检测内胀式吊桩器(ILT) 比例压力阀现场总线数据采集控制算法
分类号: TE952
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

为了提高海上采油管桩的安装以及平台建造过程中起吊桩腿作业的安全性和科学性,对吊桩器械的承载能力和载荷状况进行使用前的测试是十分必要的。本文重点研究内胀式液压吊桩器(ILT)使用前的静负荷检测试验系统,具有十分重要的应用背景和工程意义。液压吊桩器载荷检测系统是根据相关的标准和规定,以钢结构台架作为测力系统承载的主体,液压系统作为施力系统,以计算机控制为核心,基于现场总线技术,对压力传感器、状态设置开关、油泵电磁阀、油管电磁阀和压力控制阀等设备进行网络监控和数据采集,以实现多千斤顶协调控制的集机、电、液、计算机于一体的系统。本文以吊桩器检测系统的开发设计为主线,进行了深入的分析。该系统是由钢架结构的承载主体、液压系统、电气控制系统以及计算机自动控制系统几个部分组成:1.分析了吊桩器检测过程的相关理论。进行了主体承载结构及液压系统的分析研究,根据吊桩器在工作状况下的受力特点,采用多千斤顶驱动顶升单元的运动控制实现吊桩器的加载和卸载,并对系统做出校核,保证系统的安全性和可靠性。2.设计测力系统的试验台架机构。主体钢架结构除了应该有足够的抗压特性、刚度及稳定性外。当对测试单元分别检测横向和纵向拉力静负荷时,主体试验台结构还应该具有相应位置的装置。3.进行了电气控制系统及计算机数据采集和计算机控制系统的设计研究。4.详细分析了多顶驱动的顶升单元的协同运动控制,提出了控制算法和控制模型。5.基于提出的控制算法开发了相应的计算机程序。6.设计试验装置,并对文中提出的控制模型和软件进行测试,验证系统原理、控制原理及软件开发的正确性。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-6
第一章绪论  6-12
  1.1 吊桩器检测系统的工程背景  6-7
  1.2 吊桩器试验系统升降的控制技术  7-9
  1.3 吊桩器实验系统中需要解决的关键问题  9-10
  1.4 课题的研究内容  10-12
    1.4.1 课题的基本方案  10
    1.4.2 课题的主要任务  10-12
第二章液压吊桩器载荷检测系统的理论分析及组成  12-22
  2.1 吊桩器载荷试验检测系统的相关原理  12-19
    2.1.1 ILT工作过程中的受力分析  12-13
    2.1.2 检测过程中系统加载受力分析  13-14
    2.1.3 多缸协同控制理论  14-15
    2.1.4 多缸协同动作系统数学建模及分析  15-19
  2.2 吊桩器载荷检测系统的组成  19-22
    2.2.1 试验台架承载机构与液压系统  19-20
    2.2.2 电气控制系统  20
    2.2.3 数据采集和计算机控制系统  20-21
    2.2.4 千斤顶运动控制  21
    2.2.5 系统的软件  21-22
第三章试验台架承载机构与液压系统设计  22-32
  3.1 试验台架的承载机构设计方案  22-26
    3.1.1 设计要求的提出  22
    3.1.2 试验台的总体结构  22-24
    3.1.3 承载机构单元设计计算  24-26
  3.2 液压系统的设计  26-32
    3.2.1 液压系统结构方案  26-28
    3.2.2 液压系统元件选型  28-29
    3.2.3 比例阀数学建模  29-30
    3.2.4 液压系统设计分析及校核  30-32
第四章控制系统设计  32-45
  4.1 电气控制系统设计  32-38
    4.1.1 油泵启停主电路设计  32-34
    4.1.2 油泵启停控制电路设计  34-35
    4.1.3 手动/自动切换电路设计  35-36
    4.1.4 三位四通阀控制电路  36-37
    4.1.5 二位二通电磁阀控制电路  37-38
  4.2 数据采集系统设计  38-42
    4.2.1 转换模块  38-39
    4.2.2 传感器系统  39
    4.2.3 现场总线设计  39-41
    4.2.4 计算机通讯协议  41-42
  4.3 计算机控制系统设计  42-45
    4.3.1 I/O接口输出模块  43-44
    4.3.2 驱动控制电路  44-45
第五章系统软件设计  45-55
  5.1 控制流程  45
  5.2 控制算法  45-51
    5.2.1 油泵电磁阀加载控制流程  46-47
    5.2.2 油泵电磁阀卸载控制流程  47-48
    5.2.3 油管电磁阀加载控制流程  48-49
    5.2.4 油管电磁阀卸载控制流程  49-50
    5.2.5 测量前的准备  50-51
  5.3 系统软件设计  51-55
    5.3.1 系统模块分析  51-52
    5.3.2 数据库设计  52-53
    5.3.3 压力协调监控设计  53-55
第六章实验分析  55-62
  6.1 实验方案设计  55-57
    6.1.1 输入信息模拟  55-57
    6.1.2 输出信息模拟  57
  6.2 实验过程  57-58
    6.2.1 模块初始化  57-58
    6.2.2 数据初始化  58
  6.3 试验验证  58-61
  6.4 实验结论  61-62
全文总结  62-63
参考文献  63-66
附录  66-71
作者在硕士期间发表的学术论文  71-72
致谢  72

液压吊桩器载荷试验系统研究

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