水下冲击破碎悬浮平台液压控制系统研究

发布时间：2017-12-10 11:08

  本文关键词：水下冲击破碎悬浮平台液压控制系统研究

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【摘要】：在近海开发以及河道工程中,需要一种可以在水下作业的冲击破碎装备,用于水下凿岩、破拆、钻孔、破碎作业等。以往的此类作业是由加装于水面平台上的冲击破碎设备来完成,不仅容易受到水面环境的影响,而且还容易受到水面平台结构以及冲击破碎设备尺寸限制,在较深水域作业时费时费力。本文创新性地开发了一种可以在水下冲击破碎的悬浮作业平台,该平台基于浮力变化可实现平台的上浮与下潜以及姿态调整,以液压系统驱动作为浮力调整手段达到运动控制的目的,悬浮平台中配置了液压冲击破碎锤用于完成水下冲击破碎工作。论文研究中,根据平台功能要求,设计了平台的结构及尺寸,并在ANSYS系统中针对悬浮破碎平台在水下五十米工作时的应力、应变状态进行了分析,并根据计算得到的应力、应变状态对平台结构进行了加强和优化。根据水下悬浮平台的设计工作要求及运动特点,利用液压系统设计理论,设计了液压控制系统,并完成了主要液压元件选型。针对悬浮平台基于浮力调整的运动特点,本文研究中分析了包括重力、浮力、水动力在内的冲击破碎悬浮平台垂向的受力状态,并建立了平台垂向运动时的动力学方程。基于垂向动力学分析结果,设计了双闭环深度控制方法,以PD方法实现外环深度控制,以PID方法完成内环的非对称液压缸控制,并在AMESim中搭建了深度控制模型,经过仿真结果分析,深度控制达到预定效果,无触底和冒冲现象。由于作业对象的结构限制以及作业要求,悬浮平台需要调整自身姿态来适应作业需要。研究中根据矩阵变换理论及弯矩合成理论,提出了姿态调整的控制方法,建立了针对姿态调整的AMESim模型。在仿真研究基础上分析得出了方位角和弯矩控制角与悬浮平台倾斜角度之间的关系。最后,研究设计了满足水下冲击破碎需求的YYG100A液压冲击破碎锤。根据键图-状态向量法建立了新型液压冲击破碎锤的功率键合图,并推导出状态向量方程。同样也在AMESim系统中搭建了该型液压冲击破碎锤的仿真模型,通过仿真结果与实测值对比验证了模型的正确性。进一步分析了流量、氮气室充气压力、高压蓄能器初充压力和初始容积、行程反馈控制孔位置等关键参数对液压冲击破碎锤工作性能的影响。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH137

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本文编号：1274227