全液压钻机机电液耦合动力学分析

发布时间：2017-04-10 22:16

  本文关键词：全液压钻机机电液耦合动力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全液压钻机由于具有结构紧凑、传动平稳以及易实现无级变速等优点,在现代基础建设工程施工、地质勘探测量、煤矿瓦斯抽放等领域都有非常广泛的应用。全液压钻机是一个集机械、液压、电气和自动控制于一体的复杂机电液设备,因此,建立全液压钻机的机电液耦合动力学模型,并对模型参数和模型动态输出响应进行分析,对全液压钻机的能量转换和传递、运动过程的自动控制以及故障诊断具有十分重要的意义。全液压钻机由机械、液压、电气和自动控制等多种物理场耦合而成,若是对全液压钻机的“耦合”特征认识不足,在系统运行参数失调情况下可能会导致“耦合”特征发生畸变,从而使钻机出现异常工况。因此,想要获得全液压钻机赖以实现的功能目标和运行性能,则必须通过建立其机电液耦合动力学模型,从深层次去认识其运行机理。全液压钻机可能发生的故障类型多种多样,但不管其发生何种故障,其根本原因都是钻机系统内部参数发生畸变而导致输出特性发生偏移。通过系统参数敏感性分析,可以找出对钻机系统输出特性具有最直接影响且影响程度最大的参数,即故障敏感因子。本文在全液压钻机国内外研究现状的基础上,首先分析了其结构形式和运动机理,建立了全液压钻机的机电液耦合动力学模型,并在考虑钻机实际工况负载状态的情况下,获得了全液压钻机在无负载和有负载状态下的系统传递函数。利用MATLAB/Simulink软件对全液压钻机的运行性能进行了仿真分析,获得了钻机在无负载和有负载状态下的系统响应特性。其次,在全液压钻机机电液耦合动力学模型的基础上,选定液压油流体体积模量、高压腔容积、动力头等效惯量、动力头等效阻尼系数以及液压马达总泄漏系数等五个参数,通过对五个参数进行单因素敏感性分析,分别获得了五个参数对模型输出特性的影响方式。在单因素敏感性分析基础上,对具有相同影响方式的系统参数进行多因素敏感性分析,分别获得了各个参数对模型输出响应时间、超调量和稳态输出值的影响程度,且获得了液压马达的泄漏系数对系统稳态输出值的敏感影响程度最大的结论。最后,通过搭建全液压钻机机电液耦合系统试验平台,验证了所建模型的准确性、仿真分析的可靠性以及马达泄漏系数对系统的敏感性。
【关键词】：全液压钻机 机电液耦合 动力学 敏感性分析 泄漏
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P634.31
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 机电液耦合动力学研究现状11-12
• 1.2.2 钻机动力学研究现状12-13
• 1.2.3 敏感性分析研究现状13
• 1.3 问题剖析13-14
• 1.4 本文主要工作14-16
• 第2章 全液压钻机结构分析16-28
• 2.1 系统机构介绍16
• 2.2 系统工作原理16-19
• 2.3 主要元器件简介19-27
• 2.3.1 负载敏感比例多路换向阀19-22
• 2.3.2 摆线液压马达22-23
• 2.3.3 动力头23-25
• 2.3.4 给进装置25
• 2.3.5 夹持机构25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 全液压钻机机电液耦合动力学建模分析28-43
• 3.1 钻机调速系统及负载特性分析28-29
• 3.1.1 负载敏感阀控调速控制系统介绍28-29
• 3.1.2 钻机负载特性29
• 3.2 减速器扭矩平衡方程29-31
• 3.3 负载敏感比例换向阀控制系统分析31-33
• 3.3.1 负载敏感阀比例电磁铁的数学模型31-32
• 3.3.2 主阀的流量连续方程32-33
• 3.4 液压马达调速系统分析33-35
• 3.5 机电液耦合动力学模型分析35-37
• 3.6 全液压钻机机电液耦合动力学仿真分析37-41
• 3.6.1 全液压钻机参数设定37-39
• 3.6.2 仿真分析过程39-41
• 3.6.3 仿真结果分析41
• 3.7 本章小结41-43
• 第4章 全液压钻机参数敏感性分析43-56
• 4.1 参数敏感性分析介绍43-44
• 4.2 全液压钻机参数单因素敏感性分析44-50
• 4.2.1 液压油流体体积弹性模量敏感性分析44-45
• 4.2.2 高压腔容积敏感性分析45-46
• 4.2.3 动力头等效转动惯量敏感性分析46-47
• 4.2.4 动力头等效阻尼系数敏感性分析47-48
• 4.2.5 液压马达泄漏系敏感性分析48-49
• 4.2.6 单因素敏感性分析结果49-50
• 4.3 全液压钻机参数多因素敏感性分析50-54
• 4.3.1 系统响应时间多因素敏感性分析51-52
• 4.3.2 系统超调量多因素敏感性分析52-53
• 4.3.3 系统稳态输出值多因素敏感性分析53
• 4.3.4 多因素敏感性分析结果53-54
• 4.4 单因素与多因素敏感分析对比54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 实验研究56-74
• 5.1 实验目的56
• 5.2 实验设备56-64
• 5.2.1 液压系统57-58
• 5.2.2 主机机械系统58-59
• 5.2.3 检测系统59-62
• 5.2.4 控制系统62-63
• 5.2.5 数据采集63-64
• 5.2.6 负载加载64
• 5.3 实验设计64-67
• 5.3.1 模型准确性与仿真可靠性验证实验方案66
• 5.3.2 马达总泄漏系数敏感性分析实验方案66-67
• 5.4 实验结果67-72
• 5.4.1 模型准确性与仿真可靠性验证实验结果67-69
• 5.4.2 马达总泄漏系数敏感性分析实验结果69-72
• 5.5 本章小结72-74
• 结论74-77
• 1 全文总结74-75
• 2 工作展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 攻读学位期间取得的学术成果81-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 吕浪;熊万里;;基于机电耦合动力学模型的电主轴系统软起动特性[J];机械工程学报;2014年03期

2 王红军;万鹏;;基于EEMD和小波包变换的早期故障敏感特征获取[J];北京理工大学学报;2013年09期

3 孙光复,张立山;桁架臂式工程起重机回转运动的多体动力学仿真[J];沈阳建筑大学学报(自然科学版);2004年04期

4 廖道训，熊有伦，杨叔子;现代机电系统（设备）耦合动力学的研究现状和展望[J];中国机械工程;1996年02期

  本文关键词：全液压钻机机电液耦合动力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：297648