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滑移装载机工作装置减振系统设计与研究

作　者: 陆江斌
导　师: 柳波
学　校: 中南大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 滑移装载机振动控制技术油气减振系统路面模型半主动减振模糊控制 Matlab-Simulink仿真
分类号: TH243
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

滑移装载机作为一种应用于基础设施建设并需频繁进行转场作业的工程车辆,在运输作业过程中工作装置的行驶平顺性成为保持铲斗内物料完整性和提高工作效率的关键。本文以ZHL3210型滑移装载机为研究对象,针对工作装置行驶平顺性的改善进行理论、仿真与实验研究。主要完成的工作如下：1、论述了振动控制技术和国内外工程车辆减振技术的研究现状,根据滑移装载机的作业特点,分析了运输工况下工作装置振动产生的原因,在明确了主要激振因素和振动传递过程的基础上,提出了基于改变阻尼的工作装置半主动油气减振方案,并建立了工作装置油气减振系统。2、基于油气减振系统的分析,建立了系统的数学模型,在此基础上推导出了减振系统的非线性刚度特性和阻尼特性,得出了影响系统减振性能的主要结构参数为蓄能器的初始充气压力、初始充气容积、比例节流阀的阀口开度和单向节流阀的通流截面积,并通过对输出特性进行编程运算,分析了系统减振原理。3、基于减振系统原理和输出刚度、阻尼特性,构建了加入减振系统前、后整机振动系统的物理模型,并应用拉格朗日方程法建立了振动系统的动力学数学模型；根据作业环境的特点,建立了常规工况下的D级随机工程路面模型和特殊工况下的冲击型横向铁路轨道路面模型,以此作为振动系统的激励输入。4、根据振动系统动力学模型,应用Matlab-Simulink仿真软件分析了减振系统各主要参数对工作装置行驶平顺性的影响规律；以D级工程路面进行系统工况仿真分析,在得出的油气减振系统动力学参数基础上,确定了系统结构参数及元件选型；基于确定参数的减振系统,在D级路况和轨道路况下对工作装置行驶平顺性进行仿真,表明了在D级路况下减振系统能很好的满足系统平顺性要求,但在轨道路况下,其隔振效果较差,提出了针对某一路况设计的固定参数减振系统存在的缺陷。5、针对固定参数减振系统的不足和实际运输工况下路面的多变和复杂性,采用了基于模糊控制的半主动减振控制方法,结合系统动力学模型建立了半主动减振模糊控制系统,并应用MATLAB-Fuzzy工具箱设计了模糊控制器；根据随机路况和轨道路况建立了分段路面模型,通过仿真评价了不加减振系统、加入固定参数的减振系统和采用模糊控制的半主动减振系统对工作装置行驶平顺性的影响,验证了半主动减振模糊控制方案的有效性。6、以ZHL3210型滑移装载机为平台进行实车道路试验,验证了油气减振系统对工作装置振动控制的有效性、减振系统和整车振动系统数学模型的正确性以及基于改变系统阻尼的半主动减振控制方案的合理性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 滑移装载机的发展状况及工作原理  10-12
    1.1.1 滑移装载机的发展  10-11
    1.1.2 滑移装载机的工作原理  11-12
  1.2 课题研究的目的和意义  12-13
  1.3 振动控制技术概况  13-14
    1.3.1 被动悬架减振系统  13
    1.3.2 主动悬架减振系统  13-14
    1.3.3 半主动悬架减振系统  14
  1.4 国内外工程车辆减振技术的研究与技术现状  14-18
    1.4.1 油气减振技术概况  14-15
    1.4.2 国外工程车辆减振技术的研究与技术现状  15-17
    1.4.3 国内工程车辆减振技术的研究与技术现状  17-18
  1.5 本课题的主要研究内容  18-20
第二章工作装置减振系统设计  20-28
  2.1 工作装置振动产生分析  20-22
  2.2 工作装置振动控制方案的提出  22-23
    2.2.1 减振控制技术的确定  22
    2.2.2 工作装置半主动油气减振方案的提出  22-23
  2.3 工作装置油气减振系统的建立  23-27
    2.3.1 弹性元件的选择  23-24
    2.3.2 阻尼元件的选择  24-25
    2.3.3 安全回路的选择  25
    2.3.4 其他元件的选择  25-26
    2.3.5 工作装置油气减振系统的建立  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章油气减振系统数学建模与特性分析  28-38
  3.1 油气减振系统数学模型  28-32
    3.1.1 活塞杆组件的受力分析  29
    3.1.2 节流阀的进出阀口压差  29-30
    3.1.3 连接管路的沿程压力损失  30
    3.1.4 蓄能器出口的局部压力损失  30-31
    3.1.5 蓄能器内气体的压力容积变化  31-32
  3.2 油气减振系统输出特性  32-37
    3.2.1 刚度特性分析  32-35
    3.2.2 阻尼特性分析  35-37
  3.3 本章小结  37-38
第四章滑移装载机振动系统建模与动力学分析  38-64
  4.1 滑移装载机振动系统物理建模  38-40
    4.1.1 未加入减振系统的整机振动物理模型  38-39
    4.1.2 加入减振系统的整机振动物理模型  39-40
  4.2 滑移装载机振动系统动力学数学建模  40-45
    4.2.1 拉格朗日方程概述  40-41
    4.2.2 未加入减振系统的整机振动动力学数学模型  41-42
    4.2.3 加入减振系统的整机振动动力学数学模型  42-45
  4.3 路面模型的建立  45-49
    4.3.1 随机工程路面模型  45-46
    4.3.2 横向铁路轨道路面模型  46-49
  4.4 滑移装载机振动系统动力学仿真分析  49-63
    4.4.1 仿真的必要性与仿真软件的选择  49
    4.4.2 振动系统动力学仿真模型转换  49-53
    4.4.3 振动系统动力学仿真参数确定  53-55
    4.4.4 工作装置行驶稳定性的评价指标  55
    4.4.5 减振系统结构参数对工作装置行驶平顺性影响的仿真分析  55-57
    4.4.6 油气减振系统的动力学仿真及主要结构参数的确定  57-60
    4.4.7 油气减振系统对工作装置行驶稳定性的仿真分析  60-63
  4.5 本章小结  63-64
第五章工作装置半主动减振模糊控制系统的设计  64-73
  5.1 工作装置半主动减振模糊控制系统的建立  64-65
    5.1.1 模糊控制系统的一般原理  64
    5.1.2 半主动减振模糊控制系统的建立  64-65
  5.2 工作装置半主动减振控制系统建模  65-66
  5.3 模糊控制器的设计  66-68
    5.3.1 模糊控制器的结构和语言变量的确定  66
    5.3.2 输入输出变量的模糊化  66-67
    5.3.3 模糊控制推理规则的确定  67-68
    5.3.4 模糊控制输出量的精确化  68
  5.4 工作装置半主动减振控制系统的仿真分析  68-72
    5.4.1 分段路面模型  68-69
    5.4.2 减振控制系统仿真方块图  69-70
    5.4.3 减振控制系统的仿真分析  70-72
  5.5 本章小结  72-73
第六章工作装置油气减振系统的实验与分析  73-83
  6.1 实验目的  73
  6.2 实验系统原理和实验内容  73-74
  6.3 实验条件  74-77
    6.3.1 实验平台概述  74
    6.3.2 油气减振系统元件  74-75
    6.3.3 实验检测设备  75-77
  6.4 实验步骤  77-79
    6.4.1 实验系统构建  77
    6.4.2 实验设备连接安装  77-78
    6.4.3 实验过程  78-79
  6.5 实验结果与分析  79-82
    6.5.1 油气减振系统对工作装置减振效果试验  79
    6.5.2 油气减振系统数学模型的验证  79-80
    6.5.3 整车振动系统动力学数学模型的验证  80-81
    6.5.4 半主动减振模糊控制有效性的验证  81-82
  6.6 本章小结  82-83
第七章全文总结  83-85
参考文献  85-91
致谢  91-92
攻读学位期间主要研究成果  92

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