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管桩成型机的电液系统开发与研究

作　者: 何祥华
导　师: 黄志坚
学　校: 广东工业大学
专　业: 机械电子
关键词: 管桩成型机 电液系统 AMESim PID控制 PLC 建模和仿真
分类号: TU67
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


管桩成型机是混凝土管桩生产线上的重要生产设备,是集机、电、液一体化产品。本文的目的是设计一款自动化程度高、性能稳定和运行可靠的管桩成型机。搅拌系统是管桩成型机的一个重要组成部分,因此对其进行精确的控制是得到良好的管桩产品的保证。本文首先分析了管桩成型机的结构组成和工作流程,并根据系统技术要求,选择了电液比例控制方案,设计了液压传动系统,并对液压系统的性能进行验算。针对管桩成型机现场工作环境比较恶劣、自动化程度低等情况,控制系统的电气控制部分采用了PLC控制方案,主要对PLC控制系统的硬件、控制程序和触摸屏式人机界面进行了开发。系统经过开发后,在实际应用中取得了满意的效果。为了对搅拌系统进行深入研究,本文建立了系统主要液压元件的AMESim模型,用AMESim仿真软件对这些液压元件进行了仿真和优化,接着搭建整个系统的AMESim仿真模型。仿真结果表明,搅拌机马达的速度、压力、扭矩和流量基本趋于稳定,且都在合理的设计范围内,从而验证了系统设计的合理性。但由于换向阀刚换向时系统惯性较大、耦合因素和非线性等缘故,系统启动时这些参数超调量比较大。最后为了提高系统的控制精度,本文选择了PID控制策略,采用AMESim和MATLAB联合仿真技术对系统速度控制特性和压力控制特性进行了仿真研究。仿真结果表明相对于常规开环控制来说,PID控制可以降低系统的超调量,改善系统的动态特性。论文将机械、电气、液压和控制等多学科技术有机结合,从理论上完成了管桩成型机的电液系统的开发和研究,这将对管桩成型机的实际工程设计和制造提供理论支持。另外,该论文的设计和研究方法,对于工业上其他有类似功能或类似结构设备的设计和研究具有一定的参考意义。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
CONTENTS  10-13
第一章 绪论  13-19
  1.1 概述  13
  1.2 管桩成型概况  13
  1.3 电液比例控制技术及应用  13-15
    1.3.1 电液比例控制技术的形成与发展  13-14
    1.3.2 电液比例控制技术的组成  14-15
    1.3.3 电液比例控制技术的应用与发展趋势  15
  1.4 液压系统仿真建模的理论与方法  15-17
  1.5 本文研究工作主要内容  17-19
    1.5.1 课题来源与研究意义  17-18
    1.5.2 主要工作内容  18-19
第二章 管桩成型机的液压系统设计  19-35
  2.1 概述  19
  2.2 传动方式的选择  19
  2.3 管桩成型机的结构组成  19-20
  2.4 管桩成型机的工作流程  20-21
  2.5 液压传动系统设计  21-34
    2.5.1 系统设计技术要求  21-22
    2.5.2 初选系统工作压力  22
    2.5.3 执行元件主要参数的确定  22-24
    2.5.4 各工况压力与流量计算  24
    2.5.5 拟定液压系统原理图  24-26
    2.5.6 主要液压元件的选择  26-32
    2.5.7 液压系统的性能验算  32-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章 管桩成型机的电气控制系统设计  35-45
  3.1 概述  35
  3.2 控制系统硬件设计  35-39
    3.2.1 PLC的选择  35-36
    3.2.2 触摸屏的选择  36-37
    3.2.3 PLC与触摸屏的通信  37
    3.2.4 I/O接线图的确定  37-39
  3.3 控制程序设计  39-41
    3.3.1 系统设计技术要求  39-40
    3.3.2 程序的编写  40-41
  3.4 触摸式人机界面设计  41-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章 搅拌系统的建模与仿真  45-61
  4.1 概述  45
  4.2 搅拌系统仿真模型  45-46
  4.3 AMESim及应用概述  46-48
    4.3.1 AMESim的主要特点  46-47
    4.3.2 AMESim在液压系统中的应用  47-48
  4.4 搅拌系统AMESim建模  48-57
    4.4.1 比例溢流阀模型  48-51
    4.4.2 比例调速阀模型  51-57
    4.4.3 搅拌系统AMESim模型  57
  4.5 搅拌系统仿真分析  57-60
  4.6 本章小结  60-61
第五章 搅拌系统PID控制策略的研究  61-70
  5.1 概述  61
  5.2 PID控制概述  61-63
    5.2.1 PID控制原理  61-62
    5.2.2 PID参数对控制系统的影响  62
    5.2.3 PID控制器的参数整定  62-63
  5.3 AMESim和MATLAB联合仿真介绍  63-64
  5.4 搅拌系统PID控制仿真  64-69
    5.4.1 系统模型的建立  64-66
    5.4.2 系统仿真分析  66-69
  5.5 本章小结  69-70
结论与展望  70-72
参考文献  72-74
攻读学位期间发表的论文  74-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑施工机械和设备 > 桩工机械
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