液压连续升降系统关键技术研究

论文摘要

本论文来源于上海市教育委员会重点学科资助项目“液压同步连续提升(下降)机器人技术研究”~*。在大型构件同步升降的工程中，变间歇式升降方式为连续式，可缩短作业时间，提高生产效率，保证大型构件以较恒定的速度升降，改善在此过程中构件的受力状况，避免间歇式运作时的停顿，消除大型构件因频繁启停产生的附加惯性载荷和冲击，使施工的安全可靠性进一步得到保证。此课题的研究成果对于提高液压整体提升技术的总体水平，增强我国在该技术应用领域内的竞争力，有着十分重要的现实意义。 论文综合了国内外大型构件整体液压提升方面的文献和工程实践，以间歇式液压提升器为基础，首先从运动学、动力学角度对连续式液压提升器实现连续升降的机理进行了深入的研究。指出间歇式提升器在负载转换时，由于结构和控制的原因不可避免地存在着停顿和下降过程中的复杂动作；连续式提升器有两个主液压缸，利用两者的速度差，靠计算机控制技术实现不停顿的负载转移，同时可减少下降过程中的操作环节，从而进一步提高工作效率和安全可靠性。 连续式液压提升器由上、下穿心式主液压缸和各自的锚具机构组成。其中，项锚机构的脱锚方式和主液压缸与锚具液压缸活塞杆之间的安装定位方法至关重要。将锚具结构设计成锚片加套筒式改善了锚片的受力状况，有利于锚片均匀脱离锚环；锚具液压缸活塞杆利用定位销和卡键与主液压缸固定，克服了螺纹联接定位不准确、容易松动的缺点。本文用有限元方法对两个重要的承载零件锚环和顶板进行了强度和刚度的设计，利用APDL开发的宏文件不但可以完成复杂结构的建模，还可以对主要尺寸进行调整。 负载转换行程ΔL的大小对主液压缸的工作性能——速度稳定性和有效行程利用率有很大的影响。当主液压缸总行程一定时，负载转换的速度差与负载转换行程之间相互约束。运用多目标函数的最优化方法，以提升速度稳定和提高有效行程长度为双重目标，在优先保证前者重要性的前提下，协调两者数量级关系，用加权组合法得出了实用的运动参数和结构参数的最佳值。 有效的控制策略左右着连续提升方法的实现。电液比例调速系统能完成升

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 概述
• 1.1.1 液压整体提升技术特点及国内外发展概况
• 1.1.2 间歇式液压整体提升技术
• 1.2 液压连续升降技术
• 1.2.1 早期（原始）的液压连续升降技术
• 1.2.2 液压连续升降技术立项预研
• 1.3 问题的提出、本课题的研究内容
• 1.3.1 问题的提出
• 1.3.2 本课题的研究内容
• 1.4 小结
• 第2章 连续式液压提升器的运动机理研究
• 2.1 间歇式液压提升器的运动分析
• 2.1.1 上升工况
• 2.1.2 下降工况
• 2.2 连续式液压提升器的运动分析
• 2.2.1 连续上升工况
• 2.2.2 连续下降工况
• 2.3 小结
• 第3章 连续液压提升器关键结构设计
• 3.1 概述
• 3.2 脱锚机构
• 3.2.1 间歇式液压提升器的脱锚机构
• 3.2.2 连续式液压提升器的脱锚机构
• 3.3 活塞杆连接定位方式
• 3.3.1 螺纹联接存在的问题
• 3.3.2 改进后的联接方式
• 3.4 锚环和顶板的有限元分析
• 3.4.1 锚环和顶板的工作状况和结构
• 3.4.2 ANSYS有限元分析软件
• 3.4.3 锚环的有限元分析
• 3.4.3.1 建模
• 3.4.3.2 物理参数
• 3.4.3.3 有限单元划分
• 3.4.3.4 载荷
• 3.4.3.5 约束条件
• 3.4.3.6 求解及后处理
• 3.4.4 顶板的有限元分析
• 3.4.4.1 建模与物理参数
• 3.4.4.2 有限单元网络划分
• 3.4.4.3 载荷与约束条件
• 3.4.4.4 求解及后处理
• 3.5 小结
• 第4章 连续液压提升器的优化设计
• 4.1 问题的提出
• 4.2 建立优化设计的数学模型
• 4.2.1 以速度差Δv为目标函数的一维模型
• 4.2.2 以变速行程ΔL为目标函数的二维模型
• 4.2.3 以速度差Δv和变速行程ΔL为优化指标的多目标函数优化的数学模型
• 4.3 最优化设计的求解
• 4.3.1 用内点惩罚函数法求解约束优化问题
• 4.3.2 BFGS变尺度法
• 4.3.3 黄金分割法
• 4.3.4 连续式液压提升器的优化设计程序
• 4.4 小结
• 第5章 液压连续升降控制的理论分析
• 5.1 概述
• 5.2 连续式提升器的液压系统
• 5.3 交流变频调速系统和比例调速系统
• 5.3.1 变频调速系统
• 5.3.2 比例调速系统
• 5.4 连续式液压提升器仿真数学模型的建立
• 5.4.1 数字PID控制技术
• 5.4.2 电液比例调速阀
• 5.4.3 连续提升器
• 5.4.4 数学模型
• 5.4.5 数学模型参数设定
• 5.5 仿真结果及分析
• 5.6 小结
• 第6章 连续升降控制及试验研究
• 6.1 概述
• 6.2 单片机控制系统的构成
• 6.3 组态王和VB在连续升降系统中的应用
• 6.4 连续升降系统的试验
• 6.4.1 试验系统组成
• 6.4.2 试验方法
• 6.4.3 控制软件编写
• 6.4.4 试验曲线及分析
• 6.5 小结
• 第7章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 附录D
• 附录E
• 附录F
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果