电传动凿岩台车优化设计与匹配研究

发布时间：2017-10-15 09:10

  本文关键词：电传动凿岩台车优化设计与匹配研究

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【摘要】：隧道挖掘,是现代基础设施工程中耗时多、难度高、劳动条件恶劣的一环。我国一直是基建大国,尤其是自2008年,加快公路、机场及铁路等各重特大基础设施建设这一加快经济增长、扩大国内需求的刺激政策实施以来,我国高速铁路、地下铁路工程的开建规模都是史无前例的。然而面对国内相对落后的隧道挖掘技术,尤其是隧道挖掘设备国产化的落后,使得国内隧道挖掘工程难以取得较快的速度。论文分析了小松PC200-8型液压挖掘机的整车结构和液压系统,在此基础之上,确立了凿岩台车的设计方向。建立凿岩台车坐标系,使得凿岩台车各部件尺寸和运动可以转化为数学模型进行精确计算。对钻孔过程进行了受力分析,并得到钻杆受力的解析公式。通过响应面分析,确立了动臂结构中特定尺寸与动臂最大应力之间的拟合经验公式,以此为基础采用粒子群算法,对动臂的机械结构进行了优化设计,并对优化设计后的结果进行了仿真试验验证。将挖掘机原有液压系统经过改进之后,使用AMESim软件建立了电传动凿岩台车的液压系统并进行了仿真试验,在试验成功的基础之上,通过响应面优化法对液压系统中的蓄能器进行了结构优化设计,从而达到了凿岩台车动力系统匹配的要求,并对优化后的结果进行仿真验证,证明优化之后效果突出,凿岩台车动力系统的稳定性得到了显著提升。至此,电传动凿岩台车的优化设计和动力系统匹配得到解决。使用Arduino语言设计了电动机性能监测系统,凿岩台车使用者可以时时观察台车的工作状况,并在出现危险信号时提醒使用者,保证了凿岩台车的正常运转和使用者的安全。
【关键词】：电传动凿岩台车 智能算法 优化设计 液压仿真 动力匹配
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.32
【目录】：

• 摘要11-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 前言14
• 1.2 凿岩台车研究现状14-16
• 1.3 智能优化算法研究现状16
• 1.4 小松PC200-8履带式液压挖掘机概况16-19
• 1.4.1 液压系统组成17-18
• 1.4.2 轴向柱塞泵工作原理18-19
• 1.5 本课题的意义、研究内容19-22
• 第二章 凿岩台车动臂结构分析22-36
• 2.1 台车坐标系的建立22-23
• 2.2 台车动臂的运动分析23-24
• 2.3 台车斗杆(小臂)的运动分析24-26
• 2.4 台车钻杆凿岩运动分析26-28
• 2.4.1 压入过程解析模型26-27
• 2.4.2 切削过程解析模型27-28
• 2.5 动臂数字化建模28-29
• 2.6 动臂受力分析29-31
• 2.7 动臂有限元仿真分析31-34
• 2.7.1 有限元方法31
• 2.7.2 ABAQUS软件31-32
• 2.7.3 有限元前处理32-33
• 2.7.4 有限元后处理33-34
• 2.8 本章小结34-36
• 第三章 凿岩台车动臂尺寸优化设计36-48
• 3.1 响应面优化法36
• 3.2 响应面试验设计36-38
• 3.3 响应面试验结果分析38-42
• 3.4 响应面优化设计42-43
• 3.5 动臂优化设计43-47
• 3.5.1 粒子群算法43-44
• 3.5.2 动臂质量计算44-45
• 3.5.3 动臂质量粒子群优化45-46
• 3.5.4 试验验证及结论46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 动力系统匹配48-68
• 4.1 AMESim软件48-49
• 4.2 柱塞泵建模49-56
• 4.2.1 流量模型50-52
• 4.2.2 扭矩模型52
• 4.2.3 单个柱塞的运动模型52-53
• 4.2.4 配油盘模型53-54
• 4.2.5 单个柱塞模型及柱塞泵模型54-56
• 4.3 液压阀建模56-59
• 4.3.1 直动式溢流阀模型56-57
• 4.3.2 蓄能器模型57-59
• 4.4 执行机构模型59-61
• 4.5 电动机模型61
• 4.6 液压系统仿真61-64
• 4.7 动力系统匹配64-67
• 4.8 本章小结67-68
• 第五章 凿岩台车电动机性能监测系统68-78
• 5.1 Arduino平台简介68-70
• 5.2 Maple开发板介绍70-71
• 5.3 串口屏71
• 5.4 Fritzing电路图制作软件71-72
• 5.5 监测系统开发72-77
• 5.5.1 中文字符串文件72-73
• 5.5.2 监控系统主程序73-77
• 5.6 试验验证77-78
• 第六章 结论及展望78-80
• 6.1 论文总结78
• 6.2 工作展望78-80
• 致谢80-82
• 附录182-84
• 附录284-86
• 参考文献86-92
• 学位论文评阅及答辩情况表92

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本文编号：1036275