混凝土泵车泵送液压系统故障仿真研究

论文摘要

混凝土泵车是工程机械中技术含量最高、维护难度最大、价格最昂贵的复杂装备之一,因其灵活、高效率、高自动化程度及良好的机动性能而广泛应用于道路、桥梁、建筑等施工过程中。混凝土泵车泵送液压系统因系统复杂、流量大、换向频率高、液压冲击剧烈等原因,在工程施工时常发生故障,并且很难通过故障现象直接判断故障原因与故障位置。由于液压系统的液压泵、液压阀等大多都成本昂贵,若通过试验来获得训练用的数据样本,成本昂贵、周期长,而且很多故障样本很难通过试验来获得,而通过建立液压系统的虚拟仿真模型,对液压系统的分析及故障样本的获取具有重要意义。本文首先介绍了混凝土泵车的发展历史,对泵车的构造、工作原理以及发展趋势进行了简要分析,对泵送液压系统的基本回路和工作原理进行了详细分析,并对泵送液压系统的工作过程进行了详细讲解；推导了液压基本元件的动态建模过程,研究了仿真软件AMESim的功能和特性,对泵送液压系统主要液压元件的工作原理、特性以及数学模型进行了详细地分析,利用AMESim仿真软件建立了叠加式溢流阀、二通插装阀、液控换向阀等元件的模型,并利用样本数据和试验数据对模型进行了优化,根据优化后的元件模型建立了整个液压系统的仿真模型,并分析了系统的特性；收集和整理了近两年来反馈的故障样本,找出泵送液压系统常发生的故障位置和原因,并对其进行了分类统计,在仿真模型里注入了几种典型故障,分析了各种故障对系统动态特性的影响,为后续的诊断模型提供了充足的训练样本；通过逻辑分析得出了几种典型故障的故障树并通过仿真或试验验证,为故障诊断提供理论指导。通过试验测试了泵送液压系统中关键节点的压力以及液压泵的振动信号,并通过物理模拟方法对主油缸泄漏、液压泵斜盘磨损、配流盘磨损以及轴承损坏等多种故障进行了测试与分析。通过研究表明,数字仿真方法是分析泵送液压系统动态特性有效的途径,通过AMESim建立的仿真模型与试验测试相辅相成,解决了试验成本高、周期长甚至难以实现的问题,为故障样本的收集提供了便携有效的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题来源与研究意义
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 混凝土泵车概述
• 1.3.1 国内外混凝土泵车发展历史
• 1.3.2 混凝土泵车的构造及工作原理
• 1.3.3 混凝土泵车发展趋势
• 1.4 泵送液压系统
• 1.4.1 液压回路的基本构造
• 1.4.2 液压系统的工作过程
• 1.5 液压系统仿真技术的发展与应用
• 1.6 液压系统故障诊断技术的现状和发展前景
• 1.7 本课题的研究内容
• 第二章 泵送系统液压元件及负载动态建模研究
• 2.1 基本液压元件动态建模
• 2.1.1 基本容性元件建模
• 2.1.2 基本阻性元件建模
• 2.1.3 基本感性元件建模
• 2.2 叠加式溢流阀的数学模型
• 2.3 二通插装阀的数学模型
• 2.4 液压缸模型
• 2.5 系统的负载特性
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于AMESIM的液压元件和系统建模仿真
• 3.1 AMESIM仿真平台
• 3.1.1 AMESim概述
• 3.1.2 工程系统仿真高级建模环境AMESim
• 3.2 叠加式溢流阀的建模与仿真
• 3.2.1 仿真模型及参数
• 3.2.2 仿真结果与分析
• 3.3 二通插装阀的建模与仿真
• 3.3.1 AMESim模型及仿真结果
• 3.3.2 优化方法与结果
• 3.4 液控换向阀的建模与仿真
• 3.4.1 液控换向阀原型
• 3.4.2 AMESim模型的建立与仿真
• 3.4.3 模型优化与分析
• 3.5 液压缸及系统负载的建模与仿真
• 3.5.1 液压缸模型
• 3.5.2 系统的负载特性
• 3.6 泵送液压系统建模与仿真
• 3.6.1 泵送液压系统仿真模型
• 3.6.2 仿真结果与分析
• 3.6.3 仿真结论
• 3.7 本章小结
• 第四章 泵送液压系统故障仿真研究
• 4.1 泵送液压系统故障统计与分析
• 4.2 主油缸故障仿真与分析
• 4.2.1 泄漏故障的成因
• 4.2.2 主油缸泄漏故障机理
• 4.2.3 主油缸泄漏故障的数学模型
• 4.2.4 主油缸泄漏故障仿真与分析
• 4.3 叠加式溢流阀故障仿真与分析
• 4.3.1 先导阀座阻尼孔故障
• 4.3.2 主阀芯阻尼孔故障
• 4.3.3 先导阀故障
• 4.3.4 主阀弹簧故障
• 4.3.5 叠加式溢流阀故障仿真总结
• 4.4 插装阀故障仿真与分析
• 4.4.1 插装阀故障分析
• 4.4.2 插装阀故障仿真
• 4.5 泵送液压系统故障树分析
• 4.5.1 泵送主油路压力不足无力故障树
• 4.5.2 泵送主油路无压力故障树
• 4.5.3 泵送主油路憋压故障树
• 4.6 本章小结
• 第五章 试验与分析
• 5.1 泵车试验系统
• 5.1.1 试验仪器
• 5.1.2 试验泵车技术参数
• 5.1.3 试验测点布置方案
• 5.1.4 数据采集仪选择
• 5.1.5 传感器的选择与安装
• 5.2 泵送液压系统数据测试与分析
• 5.2.1 泵送主油缸压力测量与分析
• 5.2.2 液压泵振动信号测量与分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的主要研究成果
• 攻读硕士期间主要参与的科研项目
• 研究生期间发表的学术论文
• 申请的国家发明专利