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[硕士论文] 吕祥新
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着国家经济和科技的发展,城市空间利用率亟需提高,摩天大楼拔地而起,高楼外墙需要喷漆装饰,但传统人工手动喷涂的方式工作效率低、劳动强度大、易受环境干扰并且容易引发工作人员坠落等安全事故,因此,利用机械智能化粉刷喷涂代替人工手动喷涂已经是高空外墙喷涂行业发展的一大趋势。
  针对目前高空外墙喷涂存在的问题,本文提出了一种高空外墙智能喷涂装置,主要研究内容如下:
  (1)制定高空外墙智能喷涂装置的总体设计方案,具体包括该装置的机械结构、控制方法、工作流程、运动形式及该装置完成每一个动作的具体实施方式;
  (2)完成高空外墙智能喷涂装置机械结构的设计,具体包括悬挂提升移动机构、吊篮机构、粉刷喷涂机构及吸附避障机构的设计;
  (3)完成高空外墙智能喷涂装置电气控制系统的设计,具体包括控制方式的选择、可编程控制无线网络通讯的设计、电气元件的选型、PLC控制程序的编写;
  (4)完成上位机组态界面的设计,用于监控高空外墙智能喷涂装置的运行状态;
  (5)完成物理样机的搭建与实验,验证了该装置在各种复杂墙面下工作的可行性,试验结果证实了该装置设计合理,性能可靠。
  本文提出的高空外墙智能喷涂装置可以适应于各种复杂的工作环境,可以极大地提高高空外墙的喷涂质量与喷涂效率,可有效解决了目前人工喷涂危险系数大等问题。
[硕士论文] 高拥军
工业工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:随着科技的飞速发展,工程机械功能越来越全面,其结构复杂程度也日益增加。在各种因素的影响下,工程机械设备会产生各种故障,影响其使用功能,还会造成一些事故的发生,并造成一定的经济损失。因此,确保机械设备运行的安全性,降低事故发生率,是非常紧迫的问题,这就体现了工程机械故障诊断的重要性,因此,企业有必要建立工程机械故障诊断树及故障诊断系统。以诊断树为依据进行流程建模,实现实际操作中的工程机械故障诊断。其目的在于为用户诊断过程提供指导和为维保技术人员提供技术储备,用户根据诊断树的提示进行故障诊断,提供文字指导和图片指导两种形式。
  针对工程机械故障具有复杂性和多样性的特点,研究分析了推土机故障现象、原因与排除方式,结合对象特点,进行流程建模,建立了推土机故障诊断树。
  基于诊断型专家系统原理,通过数据与算法的分离,设计开发了故障诊断辅助软件。实现了以语言文字输入对故障现象节点进行相似或近似搜索,对机械故障进行快速诊断,并得到了应用验证。同时,研究了故障诊断的两种模式,即从故障诊断树顶点进行逐层诊断模式以及采用文本比较算法进行故障征兆搜索并快速定位模式。
  本论文研究了专家系统开发过程中的关键技术。探讨了CLIPS、VC++的交互方法,并分析了其局限性,提出了一种改进的交互方法。
  本文研究了软件注册码授权方法。课题采用RSA非对称公钥加密注册码授权。用户在安装软件后,软件会根据用户计算机的C盘序列号,生成一个注册码。一旦生成,用户再将这个码发送给相应的软件供应商,供应商利用激活码生成软件再生成一个二次激活码。用户输入此二次激活码,软件系统便会自动完成授权。
  最后,以变矩器高温故障进行了诊断演示。本课题的研究方法和成果为开发工程机械故障诊断专家系统提供了理论依据和实践经验。
[硕士论文] 王红丽
工业工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:推土机是工程机械中应用最广的产品之一,随着近年来工程机械的快速发展,推土机的用量也呈现成倍数量增长。为更好满足客户服务要求,近年来各推土机生产制造商提出“一年不限工作时间”的服务理念,这对推土机各产品质量提出更高的要求,尤其是作为易损件的胶管总成。本课题通过分析推土机工作装置胶管总成故障原因,提出其改善方案,对提升推土机胶管总成可靠性有着十分重要现实意义。
  针对推土机液压系统胶管总成的故障数据进行统计得出推土机液压系统总成三大关键故障因素:压合处渗漏、外胶开裂和爆裂,占总故障率的60%,分析三种胶管总成故障因素,为故障分析提供依据。
  从人、机、料、法四个方面阐述了影响胶管总成质量的因素,并提出相应的工艺要求、措施和手段。利用耐低温试验手段测试因原材料更换引起的胶管开裂问题。对于胶管爆裂问题,通过测试折弯扭曲时胶管总成的爆破压力,结果显示:胶管总成扭曲值为5°时,爆破压力降低20%。利用排除法分析了因压合处渗漏时材料无法满足使用要求的原因。通过采用ABAQUS有限元分析方法,仿真4SP-12和2SN两种胶管总成扣压量与扣压力的关系,结果显示:确定在相同扣压量下,4SP胶管扣压力大于2SN胶管,这说明相同压力等级下,4SP胶管可承受更大的冲击压力。
  基于4SP胶管总成的有限元仿真结果,对扣压总成分别进行脉冲试验和整机试验,测试结果显示:在1.33倍工作压力下4SP胶管脉冲次数达674000次,达到2SN胶管脉冲次数的3倍以上;整机试验平均工作寿命达3500h以上,全年故障率降低至0.1‰。
[硕士论文] 程伟威
工程硕士 郑州大学 2017(学位年度)
摘要:土地资源是人们赖以生存的基础,人类所有的物质文明几乎都直接或间接立于土地之上。在我国,随着现代城市化进程的加快以及大量人口的频繁流动,土地资源变得越来越紧缺,由于其为不可再生资源,所以如何充分利用有限的土地资源成为一个紧迫的课题。
  连续墙的建设方案通常是采用专业挖掘机械进行深度较大的开挖作业,在挖深较大之后,进行渣泥的清理工作,清理渣泥之后,在进行管路连接,后续将地面设计好的钢筋结构放入沟槽内,在之后填充混凝土,等待时日,混凝土凝固之后,去除接头管即可得到施工完毕的单元槽段。
  连续墙抓斗作为桩工机械中的重要产品组成部分,一直由国外品牌垄断市场。连续墙地下抓斗机,作为一种能够高效进行基础设施深层地基建设施工的设备,在进行城市基础设施建设:高层建筑施工、地铁设施建设、地下基础方桩和桥梁涵洞施工过程中,被广泛应用。
  连续墙抓斗成槽机能够高效地进行深度较大的基础设施施工设备,被广泛应用于城市基础建设施工过程中地基的开挖、地铁、地下室等深度较大的设施的建设。连续墙抓斗在工作过程中受到交变载荷,极易产生疲劳破坏。某公司开发生产并投入使用的一台YXG500连续墙抓斗在郑州市某地施工3个月后出现主平台左、右侧板开裂,而后导致左右平台断裂给公司造成的经济损失。为此,开展了针对该产品主转台的疲劳寿命评估工作,为结构的改进提供参考。
  本文利用三维软件采用Pro/Engineer进行模型的建立。之后借助于ANSYS软件功能设施强大,对YXG500连续墙抓斗工作台工作过程的动态受力情况进行分析,分析在动态工作过程的可能的危险点和破坏载荷,需要对YXG500连续墙抓斗工作台进行动态动力学分析,进而得到其各工况的应力值,进而形成分析的载荷谱。
  依据载荷谱进行受力分析,检验YXG500连续墙抓斗主转台的强度校核,并依据校核结果对其进行改进。同时对YXG500连续墙抓斗主转台进行了疲劳寿命评估,工作内容主要分为:载荷形式及受力分析、模型修改、整机瞬态动力学计算和疲劳计算,得出以下结论:
  1、预测热点位置与实际断裂破坏位置相同。
  2、采用应力法预测寿命为3个月,应变法预测寿命为1个月,与实际疲劳寿命较接近。
  通过对应力法和应变法结果进行对比可知,应变法疲劳寿命计算较保守。所有的仿真分析都没有真实的台架疲劳试验对比验证,后记需要进一步开展焊缝、接头及材料的相关疲劳试验,并利用实测的载荷谱进行评估将使得寿命预测更加真实可靠。
[博士论文] 王双
机械电子工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:随着工程机械和数字液压控制技术的发展,智能化工程机械与数字液压元件的结合成为未来的研究热点。现有工程机械专用多路阀阀体结构复杂、没有压力流量在线反馈,很难实现数字化控制;采用单阀芯调节进出油口节流面积,能量损耗高。本文发明了一种负载口独立控制可编程阀替代工程机械上多路换向阀,其集成了数字信号与负载口独立控制技术的优点,增加了系统控制自由度,减小了液压执行器背压,提高了工程机械液压系统的操控性并降低了能耗。同时,负载口独立控制可编程阀阀体结构简单,方便实现液压元件的模块化批量生产。本学位论文针对负载口独立控制可编程阀的创新设计,压力流量特性以及在挖掘机上的应用开展研究,选题具有重要的学术研究价值和很强的工程应用前景。
  本文所研制的负载口独立控制可编程阀首创设计了两个高速开关阀作为先导阀控制主阀芯组成一个阀控单元,由两个阀控单元分别控制液压执行器(液压缸、液压马达)的进油口和出油口,阀控单元内设置有压力传感器、主阀芯位移传感器和CAN总线接口在线测量并反馈压力流量,可提高液压系统的控制精度。本文建立了以比例阀为先导和高速开关阀为先导的负载口独立控制可编程阀的数学模型和数学仿真模型,研究了高速开关阀的频率和输出先导压力对可编程阀主级的影响。高速开关阀频率越高,先导控制流量调整越快,在调整时间内先导控制腔压力变化幅值越小,主阀芯位移与输出流量越稳定;适当提高高速开关阀输出先导压力可以增加作用在主阀芯上的先导控制力,可使主阀芯运动加速。通过仿真和试验,可对比比例先导和高速开关先导两种形式可编程阀的静动态性能指标,一方面,静态特性表明高速开关先导可编程阀对主阀口死区非线性因素不敏感,导阀流量增益较比例先导阀更高,而比例先导可编程阀有更好的线性度和稳定性;另一方面,动态响应结果表明高速开关先导可编程阀的频率响应比比例先导可编程阀提高了20%。
  本文提出了一种以液压执行器两腔压力与负载速度反馈的背压自适应式双级解耦压力流量控制方法。可编程阀第一级控制器解耦控制液压执行器进出口压力,保证执行器背压腔的压力始终稳定在1MPa;第二级控制器以执行器两腔压力和执行器的运动速度为输入,可编程阀的先导阀控制信号为输出,分配可编程阀控液压系统的压力流量。本文对比分析了液压缸在20mm/s和100mm/s的阶跃信号下位移、两腔压力和控制信号的情况,仿真和试验结果表明,液压缸在20mm/s的阶跃信号下,速度调整时间为0.2s,流量调整时间为0.25s,速度稳态误差小于2.5%;液压缸在100mm/s的阶跃信号下,速度调整时间为0.5s,流量调整时间为0.55s,速度稳态误差为5%。结合负载口独立阀控系统特征,研究了多执行器位移与速度的控制精度。试验表明,在跟踪1Hz、±10mm的位移信号下,可编程阀控制器的位移误差在±2mm以内,且位移控制优于速度控制。
  本文设计了负载口独立控制可编程阀挖掘机液压新系统,该系统无需配置各种不同的功能阀,仅通过改变负载口独立控制可编程阀的程序,即可实现挖掘机的典型液压系统回路功能,如:正流量控制、行走、回转、流量优先和流量再生等。新系统用电信号替代了传统液压手柄控制信号和梭阀网络,大幅简化了原有挖掘机液压系统。本文还提出了一种适用于负载口独立控制可编程阀液压挖掘机系统的时间最优轨迹规划方法对挖掘机铲斗齿尖的轨迹进行规划,可实现挖掘机直线自动挖掘,在限制铲斗执行器最大速度15mm/s的情况下,行程3.7m的直线作业,能够在18.4s内完成工作,作业效率提高了15.64%。
  本论文的主要研究内容如下:
  第一章,指出了论文的研究目的和意义。介绍了可编程阀与负载口独立控制技术的研究背景和国内外发展现状。根据技术特点,对挖掘机智能控制系统的研究进行分类。确定了本文的研究内容与研究难点。
  第二章,提出负载口独立控制可编程阀的设计目标和实现功能。分别对以比例阀为先导和高速开关阀为先导的两种可编程阀数学与仿真建模,仿真与试验分析了高速开关阀参数对主阀性能的影响。通过试验对比了比例先导可编程阀与高速开关先导可编程阀的静态和动态性能。本章还搭建了可编程阀综合性能测试试验台,用于测试可编程阀的各项性能指标。
  第三章,提出了一种可以切换原有挖掘机液压系统和负载口独立控制可编程阀液压系统的挖掘机改造方案。通过改变可编程阀的功能,实现挖掘机的正流量控制、行走、回转、流量优先与流量再生功能。各典型回路所用的可编程阀完全相同,仅通过更改程序实现功能的选择和切换。
  第四章,首先,建立负载口独立控制可编程阀液压系统模型,设计数字压力补偿器保证阀口压差恒定,利用阀口压力传感器和阀芯位移传感器得到计算反馈流量。其次,提出了一种双级解耦压力流量控制方法,第一级控制器解耦控制进出油口压力,第二级控制器分配液压系统压力流量。通过仿真与试验,对比了执行器工作在低速和高速时的调整时间和稳态特性。最后,讨论了多执行器复合运动时位移和速度的控制精度。
  第五章,建立负载口独立控制可编程阀系统挖掘机虚拟仿真平台和运动学模型。通过挖掘机运动学的正逆解,确定挖掘机铲斗齿间与各个执行器行程之间的对应关系。以时间最优轨迹规划方法对挖掘机铲斗齿尖的轨迹进行规划,求解挖掘机回转、动臂、斗杆和铲斗的位移、速度和加速度。
  第六章,对本论文的研究工作进行总结,给出了主要的研究结论,指出了课题的创新点,并对未来的研究工作进行展望。
[硕士论文] 王振峰
机械电子工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:推土机作为工程机械中的重要设备,在施工作业中有着难以替代的作用。由于推土机作业载荷频繁变化,致使发动机能量利用率低、排放性差、燃油消耗高,因此提高推土机的燃油经济性,降低排放,变得至关重要。凭借电传动系统的高效性及发动机与电传动系统的弱耦合关系,使得采用电传动技术来改善推土机燃油经济性成为比较好的途径。推土机通常为履带式,而在一些场合中,轮式推土机以其机动灵活性,发挥着卓越的作用。
  本研究分析了当前电传动系统的结构形式,根据推土机的实际工况,确定交—直—交串联电传动模式。对轮式推土机进行运动学和动力学分析,为建立直线行驶动力学模型以及转向动力学模型打下基础。通过对不同类型的发动机、发电机、电动机进行比较,从而确定最佳的选型。本着安全生产、延长使用寿命、提高传动系统效率的原则,根据发动机万有特性曲线以及永磁发电机、永磁交流电动机的效率MAP图,来进行参数匹配,并通过Matlab/Simulink完成电传动轮式推土机的建模与仿真。
[硕士论文] 张茂金
机械电子工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:平地机作为一种以铲刀作业为主的轮式工程机械,单负荷模式平地机在作业过程中存在以下问题:低速作业工况时,柴油机功率利用率不足,产生功率富余,经济性较差;在大负载工况作业时,轮胎打滑严重,磨损剧烈,柴油机油耗较高,牵引效率低。
  本研究针对单负荷模式平地机作业过程中的问题,调研国外多负荷模式平地机功率分配及档位划分状况;首先分析平地机的运动学、动力学,并提出从平地机作业匹配角度设定多负荷模式,主要分为基于同一工况不同作业工序及基于不同工况匹配方式设定平地机系统的多负荷模式;其次,对机械传动平地机系统多负荷模式进行设定,对单负荷模式不同匹配方式分析研究,并分析基于不同设定方式的负荷曲线形状;最后,利用AMESim软件对基于多负荷电喷柴油机平地机系统进行建模仿真,并对比分析不同的负荷曲线形状设定方式对平地机系统的动力性能、经济性能及作业性能的影响;仿真分析多负荷模式在额定牵引力、最高牵引效率、最大功率输出及极限负载等工况下的作业性能,仿真分析档位与负荷模式切换的合理性;仿真分析对比多负荷模式与单负荷模式平地机系统多种载荷工况下作业性能及经济性能。提出的多负荷模式设定方式、利用AMESim进行基于多负荷电喷柴油机平地机系统建模仿真的创新方法及负荷曲线形状设定方式对其他工程机械的多负荷模式设定及系统仿真研究具有一定的借鉴意义。
[硕士论文] 马俊勇
工程机械 长安大学 2017(学位年度)
摘要:挖掘机是功能最典型、结构最复杂、用途最广泛的工程机械之一,在现代化建设中发挥着非常重要的作用。随着挖掘现场环境复杂性的提高及挖掘作业要求多样化的增加,挖掘机的自动化和智能化逐渐成为国内外的研究热点,其中,仿形挖掘机技术是实现挖掘过程自动化的关键技术,对挖掘机自动化和智能化的实现起着决定性作用。
  本文以提高挖掘机的自动化和智能化为目的,以挖掘机的工作装置为主要研究对象,对挖掘机工作装置的运动学和动力学进行建模。利用先进的PIDCMAC(10)控制算法,并通过研究工作装置的路径规划策略,完成了挖掘机的轨迹控制和规划,提高了挖掘机的自动化和智能化。本文运用D-H坐标系法建立了工作装置的运动学和带挖掘阻力的动力学模型,给出了求解轨迹坐标所对应的液压缸长度的运动学计算方法,并进行了相关仿真;对液压挖掘机工作装置中的动臂、斗杆和铲斗控制子系统进行了建模和仿真,分析了传统PID控制系统的时域和频域特性,针对传统系统存在的缺点,运用小脑模型神经网络PIDCMAC(10)的控制方法可以很好地解决自动轨迹控制的问题;研究分析了挖掘机工作任务的分解和轨迹规划,并建立了关于路径的有约束的非线性规划方程,通过优化方程可以使挖掘机工作装置的各个关节运动更加地平稳;建立了智能挖掘机工作装置的三维实体模型,通过MATLAB与ADAMS的联合仿真,在路径规划的基础上对所设计的控制算法进行仿真分析,对于运动轨迹控制中的直线和斜坡的挖掘轨迹,均能达到良好的控制效果。结果显示采用PIDCMAC(10)控制法的齿尖误差在仿真过程中被控制在10mm以内,经改进后的系统各项性能有显著地提高,具有很好的鲁棒性,响应较快,而且跟踪性能也比较理想,可以在较短的时间内达到预设控制量,能够满足实际工况要求。
[硕士论文] 王飞飞
机械工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:推土机作为工程机械行业一个比较重要的机种,在国家的基础建设方面起到了越来越重要的作用。推土机工作时环境恶劣,并且在作用过程中负载波动很大,而传统的推土机多为机械或液力驱动,因此,往往造成在这些场合下推土机的工作效率低、排放量大等很多缺点。随着电传动技术的不断发展和节能环保意识的提高,越来越多的推土机开始使用这种新型的能量传递方式,以取代高排放、高污染的传统推土机。
  从节能减排角度出发,本文主要针对四轮独立驱动的电传动推土机的控制系统问题进行研究,目的是通过制定一系列的控制策略来实现推土机的节能。首先,论文从推土机的整个控制系统展开,分别对其中的发动机冷却系统制定了智能风扇控制策略以及对驱动系统制定了能量回馈控制策略,同时,针对其中的驱动系统,还制定了直驶时四轮同步控制策略和转向时电子差速控制策略,其次,对驱动系统进行重点分析,为了实现其能量回馈,采用了一种新型的四象限变频调速系统,再次,课题围绕四象限变频调速系统展开,为了实现能量回馈这一目标,分别针对该系统的前端整流部分和后端逆变部分的控制系统分别进行了控制策略的制定、模型建立和分析,最后,通过Matlab/Simulink软件,对整个采用了四象限变频调速系统的四轮独立驱动系统进行了仿真分析,最终得到本课题研究的结论。主要包括三个方面,一是电传动推土机中的驱动系统中采用四象限变频调速系统时,将PMSM作为驱动电机来使用,可以满足推土机在作业时的不同工况,二是验证了所设计的能量回馈策略的正确性,采用四象限变频调速系统时可以实现电传动推土机的能量回馈,三是将四象限变频调速系统与四轮驱动结合起来时,验证所采用的四轮同步控制策略可以很好地实现推土机四轮的同步。
[硕士论文] 赖恩晖
机械电子工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:挖掘机是工程建设中最重要的土方机械之一,在工程建设的土方作业中起着不可替代的作用。挖掘机所要处理的土方类型比较多变,工作环境比较复杂,在长时间复杂交变载荷的作用下,挖掘机的工作装置极有可能产生疲劳裂纹,甚至发生疲劳断裂。为了合理的估算挖掘机工作装置的疲劳寿命,需对挖掘机工作装置的零部件进行疲劳试验,所以获取挖掘机在各个阶段和工况的实际工作的载荷信息,并进行数据处理、统计归类并编制成试验所需的可靠的载荷谱,对挖掘机寿命的预测有重要的意义。
  本研究主要内容包括:⑴分析了运动时工作装置的加速度,在运动分析的基础上计算了挖掘机工作时的瞬时转动惯量及工作装置俯仰运动和转台回转时的惯性力和惯性力矩,在考虑惯性载荷的条件下,计算了回转阶段挖掘机斗杆铰点的作用力,并与试验测得的油缸压力计算出的铰点力进行比较,验证了计算方法的正确性。⑵设计了加速疲劳台架试验方案,对实测挖掘机动臂截面应力的测试数据进行了处理,分析了数据的平稳性并剔除了原始数据中的噪音影响。根据挖掘机实际工作情况确定斗杆上的疲劳危险点,并根据疲劳危险点寿命相等原则设计了不同方向载荷分量之间的等效方法。之后通过雨流计数法,统计了各个分量的测试载荷幅值,并对幅值进行了参数估计以确定其分布函数。再根据分布函数,编制出各个工况载荷分量的加载谱。确定载荷谱的等效方法,将多工况下的载荷谱进行混合,最终得到挖掘机斗杆疲劳试验加载谱。⑶选取合适的平均应力修正方法对挖掘机斗杆材料的试验S-N曲线进行修正,利用Workbench完成挖掘机斗杆的有限元静力学分析,并结合其铰点的时间载荷历程和修正后的S-N曲线,导入nCode DesignLife软件中,对自动搭建的S-N分析引擎进行设置、求解,得到挖掘机斗杆的寿命分析结果。⑷分析了回转阶段中惯性力对挖掘机工作装置受力的影响,基于等损伤的载荷分量的等效方法,挖掘机斗杆疲劳试验加载谱,并对挖掘机斗杆的寿命进行了仿真研究,为挖掘机零部件疲劳寿命预测和失效分析提供了理论与经验,对挖掘机的抗疲劳设计也有一定的参考价值。
[硕士论文] 童远斌
机械设计及理论 长安大学 2017(学位年度)
摘要:本文结合“十二五”国家科技支撑计划课题项目“土方机械疲劳可靠性关键技术研究”,以徐工 XE215G型液压挖掘机为研究对象,利用试验的方法得到动臂的载荷时间历程,编制了动臂的试验程序加载谱并对动臂进行了疲劳寿命预测,形成了较为完善的挖掘机工作装置疲劳载荷谱编制及疲劳寿命预测的方法,以提高国产挖掘机的自主研发水平。
  本研究主要内容包括:⑴根据挖掘机实际工况的载荷特点,提出了挖掘机工作装置实际载荷的测取方案,运用小波去噪对测取的截面应力数据进行了降噪处理。通过实测截面应力计算出铰点载荷,得到动臂的外载荷时间历程。⑵在设计了动臂加速疲劳试验方案的基础上,简化等效了动臂铰点的外载荷分量,对简化后的载荷分量进行了雨流计数统计分析并结合“波动中心法”得到八级程序加载谱。然后基于等损伤的等效折算理论,编制了多工况合成的疲劳试验加载谱。⑶遵循疲劳仿真分析的五步法,基于仿真软件nCode DesignLife建立疲劳寿命分析五框流程图:通过对动臂进行有限元分析并获取应力分布结果、输入载荷信息、设置材料参数、设置疲劳仿真引擎参数、结果显示,最终得到动臂的疲劳寿命云图和最早疲劳破坏区域,并对得到的仿真结果进行分析。⑷提出的挖掘机动臂实际载荷的提取方案以及多工况合成的试验加载谱的编制是其进行抗疲劳设计和疲劳试验的重要依据,对今后挖掘机工作装置载荷谱的进一步发展提供了理论指导和经验借鉴,同时基于 nCode DesignLife疲劳仿真也为动臂的疲劳寿命预测开辟了新的途径。
[硕士论文] 薛阔
工程机械 长安大学 2017(学位年度)
摘要:为了从微观角度对真空压实机理进行探究,本文根据离散元方法的基本原理和离散元应用程序PFC3D的相关特点,分析沥青混合料的组成结构和性质,分别确立了沥青混合料中各相的建模或表达方法,其中重点分析了沥青混合料中封闭气泡的建模原理和在应用程序PFC3D中的具体实现算法,从而建立了含封闭气泡的沥青混合料离散元模型。基于该松散沥青混合料离散元模型,模拟了混合料压实过程,监测了压实过程中混合料整体的变化和内部封闭气泡的力学特性,数值模拟结果与实际情况相符,证明了沥青混合料压实过程数值模拟的可行性和该离散元模型的准确性。
  本研究分别模拟了常规和真空条件下的沥青混合料压实过程,并根据实验结果对真空压实模型进行了修正,得到了较合理的结果。模拟结果显示:同样的外荷载下,真空压实比常规压实试件沉降量更大;真空压实相比常规压实,所得压实试件内封闭气泡体积被压缩更小,试件总空隙率更低;真空环境除了有利于降低沥青混合料内“气体弹簧”效应外,还对沥青胶浆的性质或者骨料-沥青界面的质量有影响。为了充分比较常规压实和真空压实的区别,对两种条件下压实所得试件进行了单轴压缩试验模拟。模拟结果显示:常规压实试件抗压强度为1.68MPa,对应的轴向应变为0.0353;真空压实试件抗压强度为1.72MPa,对应的轴向应变为0.0311,真空压实试件相比常规压实试件抗压强度更高,相应的应变量更小。
[硕士论文] 冯银兵
车辆工程 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:具有间隙的碰撞振动是工程机械中经常见到的一种现象,这种现象时而有利,时而有害,我们要怎样趋利避害,这也成为当今机械工程中的一热门研究问题。近年来,国内外的许多专家学者对低自由度的碰撞振动现象进行了深入的研究,对于低自由度系统的分岔混沌问题已取得了很大成果;但对于高自由度结合机械本身的研究稍少。本文就工业上常用的一种离心脱水设备——卧式振动离心机进行了非线性动力学的讨论。全文主要工作如下:
  简单介绍了离心机自身的发展历史以及工作原理;碰撞振动系统在国内外的研究进展与当前存在的一些主要问题,解释了什么是非线性动力学及其主要研究方法,包括不动点与稳定性的判断依据,分岔现象、Poincaré映射以及混沌现象的概念,为下文非线性动力学的研究做铺垫。
  将卧式振动离心机的工作过程简化为左右二自由度、左右三自由度以及上下两自由度的碰撞振动系统动力学模型,结合牛顿运动定律和碰撞动量定理知识便可得出该过程的运动微分方程;依据机械工作过程中的边界条件求解了该运动微分方程的解,推导了Poincaré映射及其Jacobi矩阵;根据求解系统方程的过程原理从而应用MATLAB软件进行计算机编程仿真;数值理论研究上述三个物理模型的动力学行为。
  依据碰撞振动过程中的二维(三维)分岔图和Poincaré映射截面图,结合Jacobi矩阵的特征值越过单位圆的数量以及位置来理论讨论了系统运动状态转迁到混沌的复杂的动力学特征;通过对比分析发现,系统从周期运动转化到混沌的过程中有各种各样的分岔类型,其中包括最常见的Hopf分岔、周期倍化和环面倍化分岔,也有余维二分岔,包括Hopf—Hopf分岔、Hopf—Flip分岔等;
  对卧式振动离心机而言,根据计算机数值仿真结果可以发现:激励频率国、碰撞间隙b、质量比μm、刚度比μk以及恢复系数R等对系统的动力学行为影响很大;对于离心机而言,选择合适的参数可以降低机器的能耗,提高效率;在正文中给出了发生分岔和混沌时各参数的具体数值,这可为离心机的设计优化制造提供一定的参考依据。
[硕士论文] 殷帅
机械工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:推土机作为土方作业机械,其作业工况复杂,负载变化频繁,且传统液力机械传动方式能量利用率低、能耗高、排放差。同时,随着环境污染与能源紧张问题日趋严重,混合动力作为一种有效的节能减排技术是改善推土机燃油经济性和提高其动力性的最佳途径。对于混合动力系统来说,设计合理的动力学策略是提高推土机燃油经济性和动力性的关键。混合动力动力学控制策略根据推土机行驶作业特点,实现对多动力源的合理分配,降低推土机的燃油消耗,达到节能减排的目的。
  本文以串联混合动力推土机为研究对象,以提高动力性能为目的,对串联混合动力推土机动力学策略进行研究。本文主要研究内容如下:
  (1)通过对混合动力履带车辆结构的分析研究,确定串联混合动力推土机的结构及参数,并对推土机在直线、转向和正常铲土作业时的受力进行分析。
  (2)采用后向式仿真建模,通过理论建模与实验数据建模相结合的方法建立驱动电机、终传动、动力学等模型。基于MATLAB/simulink搭建混合动力推土机仿真平台,通过行驶作业性能的仿真分析对其进行验证,为动力学策略的研究分析提供仿真平台。
  (3)通过对驱动电机输出分析研究,建立转速调节控制策略和基于模糊的转矩调节控制策略,利用MATLAB/stateflow和模糊控制工具箱完成动力学控制策略模型。通过仿真分析表明,两种动力学控制策略都具有有效性和可行性,与传统液力机械推土机相比,显著提高推土机动力学性能。
[硕士论文] 魏路路
机械工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:推土机作为土方作业机械,其作业工况复杂,负载变化频繁,且传统液力机械传动方式能量利用率低、能耗高、排放差。同时,随着环境污染与能源紧张问题日趋严重,混合动力作为一种有效的节能减排技术是改善推土机燃油经济性的最佳途径。对于混合动力系统来说,设计合理的能量管理策略是提高推土机燃油经济性的关键。混合动力能量管理策略根据推土机行驶作业特性及各部件工作特性,实现对多动力源的合理分配,降低推土机的燃油消耗,达到节能减排的目的。
  本文以串联混合动力推土机为研究对象,以降低推土机燃油消耗为目的,对串联混合动力推土机能量管理策略进行研究。本文主要研究内容如下:
  (1)通过对混合动力履带车辆结构的分析研究,确定串联混合动力推土机的结构及参数,对串联混合动力推土机的工作模式进行详细的分析。
  (2)采用后向式仿真建模,通过理论建模与实验数据建模相结合的方法建立发动机、发电机、超级电容、驱动电机等模型。基于MATLAB/simulink搭建混合动力推土机仿真平台,通过行驶作业性能的仿真分析对其进行验证,为能量管理策略的研究分析提供仿真平台。
  (3)通过对基于确定规则的能量管理策略工作原理的分析研究,采用恒温器式+功率跟随式能量管理策略。确定发动机最佳燃油消耗输出功率区间和超级电容SOC的上下限,设计适用于推土机的能量管理策略。通过仿真分析表明,与传统结构相比推土机燃油经济性提高了23.1%。
  (4)考虑推土机的行驶作业特性,提出基于模糊控制的能量管理控制策略。根据模糊控制理论知识,结合整车仿真平台及推土机的工况特点,设计模糊控制器的输入输出和模糊控制规则,利用MATLAB模糊控制工具箱完成模糊控制策略模型。通过仿真分析表明,与传统结构推土机相比燃油经济性提高了25.3%,与基于确定规则的能量管理策略相比能够更合理的分配整机能量,显著的改善了推土机的燃油经济性。
[硕士论文] 董鑫涛
机械电子工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:推土机是国家基础建设中不可或缺的装备,它在各项工程中都发挥重要作用。但是,现有的推土机存在着效率低、油耗高、排放性差等缺点。近年来,工程机械厂商努力研发新式推土机。随着微电子技术在机器、车辆的深入应用,控制理论的的快速发展,电传动系统推土机成为推土机研发的一个重要方向。电传动推土机的传动系统结构相对简单,油耗、排放相对较低,整机效率相对较高。整车控制器的性能是影响电传动推土机的工作性能的重要因子,其接收来自整车控制系统各个子控制器和各个传感器的数据,通过对数据的分析运算,向被控对象发出指令。
  本研究主要内容包括:⑴介绍了课题的背景和研究意义。工程车辆不同的传动系统进行了分析比较。分析了电传动传动系统的优缺点。国内外整车控制器的研究现状进行了简单的介绍。⑵分析了电传动履带式推土机电控系统的整体结构。整理出了整车控制器所需要输入输出的信号流。确定了整车控制器的功能需求。⑶基于dsPIC30F4011芯片设计了整车控制器的硬件。设计的主要电路模块有:最小控制系统电路、电源保护电路、模拟信号处理电路、数字信号处理电路、CAN通信电路、UART通信电路、PWM信号输出电路。⑷设计了整车控制器对整车的控制策略。设计了整车控制系统中CAN总线的通讯协议。在MPLAB IDE软件里采用C语言编写了整车控制器的软件程序。⑸通过在线调试器MPLAB ICD2对整车控制器软件进行了在线调试。调试结果验证了整车控制器的通信正常。在推土机整车模拟实验平台上对整车控制器进行了联调。实验模拟了推土机的各种行驶工况。实验结果验证了整车控制器可以实现对推土机电传动系统的有效控制。
[硕士论文] 秦丽敏
机械电子工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:混凝土泵车属于大功率、高能耗的机械动力设备,广泛应用于建筑、桥梁、道路等建设中,能够有效地保障工程建设的施工质量、降低人工劳动强度。随着能源短缺和环境污染的日益严重,对于高能耗的混凝土泵车的经济性提出了更高的要求,其节能性能的好坏直接影响了环境的污染程度和能源消耗的多少。因此开展对混凝土泵车节能技术的研究具有十分重要的现实意义。
  本研究在查阅与混凝土泵车有关的国内外参考技术文献的基础上,介绍了混凝土泵车的发展历史和研究现状,分析了混凝土泵车泵送液压系统的组成和工作原理,并对泵车的能耗分布进行了分析。然后对泵车的柴油发动机进行了台架试验,对发动机的负荷特性和万有特性进行了分析并利用MATLAB软件绘制了能够反映其特性的曲线。接着,分析了液压泵的恒功率特性和变量控制特性,并对泵送液压系统的负载进行了理论计算。随后,对发动机和液压泵的节能调节匹配机理进行了分析,对基于动态规划算法的匹配方案进行了设计。最后在 MATLAB/Simulink中建立了混凝土泵送液压系统的物理仿真模型,并基于不同的工况负载,对液压系统进行了仿真分析。通过研究表明,基于动态规划的节能匹配方案能够有效地降低泵车的燃油消耗。仿真结果显示,在轻载和中载工况下,发动机的节能效果显著提高,在重载工况下,虽然节能效果有所提高,但并不明显。
[硕士论文] 王开民
机械电子工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:挖掘机是目前使用最广泛的工程机械之一。对挖掘机可靠性和安全性的标准要求越来越高,其故障诊断的重要性愈加凸显。然而,目前国内企业开发的挖掘机故障诊断系统,存在知识库简单,故障诊断范围受限;无法替代维修专家对挖掘机故障快速诊断和准确定位;可重用性低,平台无关性差等缺点。
  本研究主要内容包括:⑴概述企业端与远程端的协同诊断体系结构,在B/S(Browser/Server)架构诊断型专家系统原有框架的基础上,根据系统设计需求构建了远程挖掘机故障诊断系统框架。⑵选取回转液压系统为诊断目标研究对象,对其系统组成和工作原理进行了分析。针对传统专家系统在知识获取方面性能存在的不足,结合故障树分析法,在总结的理论知识和专家实际诊断经验知识基础上建立故障树模型,优化了知识获取方式。融合产生式规则表示法和框架表示法,对挖掘机故障知识表示的方法进行了改进。在知识库方面,基于E-R(Entity Relationship Diagram)的关系模型对知识实体分析,采用MySQL数据库构建了挖掘机故障知识库。并且,根据挖掘机故障知识表示特点,设计了规则框架融合的正向推理策略和相应解释机制。⑶在理论研究的基础上,采用Django设计框架,使用 Python、JS(JavaScript)、HTML(Hyper Text Markup Language)等语言开发了远程挖掘机故障诊断原型系统。测试运行效果良好,有效统计了挖掘机故障知识,实现了替代维修专家进行故障快速诊断和准确定位,大大提高了挖掘机故障的维修效率。
[硕士论文] 贾小龙
机械电子工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:旋挖钻机是一种用于工程建设项目的大型灌注桩基钻孔设备,其以钻孔效率高、作业质量好、装机功率大、输出扭矩大、机动灵活、施工现场环保整洁等优点被广泛用于机场、地铁、公路桥梁、高层建筑等大型建设项目的桩基施工中。钻杆作为旋挖钻机的关键部件之一,是旋挖钻机动力传输的重要装置。钻杆的好坏不仅关系到旋挖钻机的工作性能,而且决定着钻孔作业质量的好坏。在旋挖钻机钻进过程中,外载荷激励极易造成钻杆的剧烈振动,这是导致钻杆工作异常甚至断裂失效的主要原因。因此,本文对钻杆的振动特性展开研究,在此基础上探讨有效的控制方法,其意义不言而喻。
  本研究以某型旋挖钻机样机为对象展开研究。首先,从分析钻杆的结构出发,充分考虑钻杆、钻头以及岩土之间的相互作用,从横向、纵向、扭转三个方面分析钻杆的受力情况。在此基础上,将钻杆钻进过程分为五种典型工况,采用ANSYS进行钻杆的模态分析,研究不同工况下钻杆各阶固有频率与模态振型。其次,采用非线性动力学仿真软件LS-DYNA进行钻头在岩土中的钻削模拟,分析不同钻进参数下钻头的受载情况。基于此,在ADAMS中建立钻杆的刚柔耦合振动模型,研究不同钻进参数下钻杆的振动特性。最后,结合钻杆模态分析及振动特性的研究结果,探讨钻杆振动的模糊控制方法,通过对转速、钻压两个主要钻进参数的模糊控制实现钻杆振动主动控制。在SIMULINK中建立钻杆振动控制的联合仿真模型,验证该控制策略的可行性。
[硕士论文] 何浏
机械电子工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:液压双轮铣槽机正逐步替代液压抓斗和旋挖钻机施工地下连续墙以满足严苛的防渗要求和施工工艺要求,成为品质连续墙施工的主要装备。但当施工深度大于40m时,绞盘上缠绕很长的液压软管造成很大的功率损失并产生大量的热,让机器处在高耗低效的状态。另外软管散热性能差,热平衡的温度会升高,将带来一系列危害。据此我们研究通过绞盘收放电缆的电驱双轮铣槽机。
  本研究完成了双轮铣槽机铣槽装置电驱动与液压驱动的比较研究。首先,参考中型液压双轮铣槽机参数完成驱动电机选型计算,由于电机的机械特性软,确定采用双电机并联驱动的方案;同时根据各频率下电机机械特性确定变速范围,再通过输出与输入扭矩比值和速度比值计算传动比;其次,通过比较确定转差频率矢量控制的方法,并在MATLAB/Simulink中建立电驱系统的模型,同时在AMEsim中建立液压驱动系统的模型;最后,完成铣槽装置电驱动和液压驱动比较研究,主要比较两者调速特性、稳定性、抗载能力、效率、极限负载下系统响应。依据理论和仿真的结果得到:为保证良好的输出力矩确定双电机并联的驱动方案;根据各频率下电机机械特性确定变速范围;根据驱动负载的特性确定转差频率矢量控制的方法;铣槽装置电驱系统的抗载能力和调速范围都小于液压驱动系统;恒负载工况下,铣槽装置电驱系统和液压驱动系统都可以实现平滑调速;变负载工况下,这两种驱动系统都具有很好的稳定性,可以保持恒速工作;极限负载工况下,电驱系统的速度波动小于液压驱动系统,并且很快的恢复稳定;电驱系统在经济区工作时效率大于液压驱动系统效率。
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