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四轴液压振动桩锤的同步特性及其控制研究

作　者: 刘指先
导　师: 罗春雷
学　校: 中南大学
专　业: 机械工程
关键词: 液压振动桩锤自同步振动电液比例流量阀自校正模糊控制
分类号: TU67
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 42次
引　用: 2次
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内容摘要

液压振动桩锤的施工效率高,沉桩功率大,对周围环境影响小,使得其成为了目前已得到广泛运用的环保桩工机械。但是,目前使用的液压振动桩锤几乎全部都是采用同步齿轮来实现强迫同步的。而由于地基负载的复杂性,同步齿轮在施工过程中往往会受到严重的摩擦和冲击,从而大大缩短了振动桩锤的使用寿命。对此,本文提出了将自同步理论运用于振动桩锤的方法,以期减少系统的摩擦和冲击,提高振动桩锤的使用寿命。本文的主要内容有：1、首先分析了二轴激振系统的同步性条件,并以此为基础,再以四轴振动桩锤为研究对象,针对四轴激振系统的单纯自同步振动难以实现的问题,对四轴激振系统进行了动力学分析,得出了四轴激振系统实现自同步的必要条件以及系统实现垂直方向自同步振动的充分条件。2、对四轴液压振动桩锤的控制系统进行了建模分析,利用MATLAB软件设计了参数自校正模糊相位差控制器,并对控制系统响应特性进行了仿真研究。3、在四轴振动桩锤的动力学分析以及对其控制系统研究的基础上,对四轴液压振动桩锤进行了整体建模,并对系统的同步性能进行了仿真研究。4、对二轴激振系统进行了试验研究,实验分别研究转速、偏心块质量和摩擦阻矩对系统同步性的影响,以此来验证本文理论的正确性。经理论研究与实验验证表明：在去掉同步齿轮的情况下,本文的自适应模糊相位差控制系统能够控制自同步条件达到预期的控制效果,实现了四轴液压振动桩锤的控制自同步,从而大大减少了系统的摩擦和冲击,提高了系统的使用寿命,同时,也为新型的液压自同步振动桩锤的设计提供了一定的理论和技术支持。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-16
  1.1 本文的研究意义  9-12
    1.1.1 振动桩锤的介绍  9-10
    1.1.2 振动桩锤在国民经济建设中的应用  10-11
    1.1.3 振动桩锤存在的问题  11
    1.1.4 自同步的概念  11-12
    1.1.5 课题的研究意义  12
  1.2 自同步技术与理论的研究现状  12-13
  1.3 振动锤自同步理论的研究方法  13-14
  1.4 液压传动与控制的振动机械系统同步理论与应用现状  14-15
  1.5 本课题研究的主要内容  15-16
第二章激振系统的同步性条件及控制策略研究  16-35
  2.1 二轴激振系统的同步性条件研究  16-20
    2.1.1 二轴激振系统的动力学分析  16-18
    2.1.2 二轴激振系统的同步性条件研究  18-20
  2.2 四轴激振系统的动力学分析  20-25
  2.3 四轴激振系统运动方程求解  25-27
  2.4 四轴激振系统自同步条件研究  27-32
    2.4.1 四轴激振系统自同步的必要条件研究  27-31
    2.4.2 四轴激振系统垂直自同步振动的充分条件研究  31-32
  2.5 四轴激振系统垂直自同步振动充分条件的控制策略研究  32-34
    2.5.1 满足自同步条件的相位差的精度范围  32-33
    2.5.2 自同步振动条件的控制策略研究  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章四轴液压振动桩锤自同步条件的控制系统设计  35-63
  3.1 液压系统负载特性分析  35-37
  3.2 液压控制方案分析  37-41
    3.2.1 节能调速液压控制方案研究  37-39
    3.2.2 预防液压马达吸空的回路设计  39-40
    3.2.3 液压振动桩锤液压系统回路  40-41
  3.3 电液比例流量阀的建模  41-49
    3.3.1 电控单元的建模研究  42-44
    3.3.2 先导控制节流阀的建模研究  44-48
    3.3.3 电液比例调速阀的建模分析  48-49
  3.4 液压调速控制系统总体建模研究  49-55
    3.4.1 系统流量分析  50-51
    3.4.2 系统的负载分析  51-52
    3.4.3 系统传递函数的推导  52-54
    3.4.4 PID控制环节的设计  54-55
  3.5 相位差模糊控制器的设计  55-62
    3.5.1 相位差调节模糊控制系统的控制方案  56-57
    3.5.2 常规模糊控制器设计  57-60
    3.5.3 参数自校正模糊控制器的设计  60
    3.5.4 相位差模糊控制仿真研究  60-62
  3.6 本章小结  62-63
第四章液压振动桩锤自同步性的建模与仿真  63-69
  4.1 液压振动桩锤整体仿真模型的建立  63-64
  4.2 四轴激振系统同步性仿真研究  64-68
    4.2.1 自同步条件对系统同步性的影响  64-65
    4.2.2 地质参数对系统同步性的影响  65-67
    4.2.3 受到速度干扰时系统的同步过渡过程  67-68
  4.3 本章小结  68-69
第五章实验研究  69-80
  5.1 实验目的  69
  5.2 实验方案  69-71
    5.2.1 实验原理  69
    5.2.2 实验设备  69-71
  5.3 实验结果及分析  71-79
    5.3.1 转速对同步性的影响  71-75
    5.3.2 偏心块质量对同步性的影响  75-77
    5.3.3 摩擦阻矩对同步性的影响  77-79
  5.4 本章小结  79-80
第六章全文总结与展望  80-81
  6.1 全文总结  80
  6.2 展望  80-81
参考文献  81-84
致谢  84-85
攻读硕士期间主要研究成果  85

四轴液压振动桩锤的同步特性及其控制研究

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