重载夹持装置动态夹持力分析及夹持驱动策略研究

论文摘要

在时变重载工况下,作为巨型重载操作装备的关键部件一夹持装置,要求在转动和移动过程中保证其夹持的稳定性。夹持装置的性能直接影响着巨型重载操作装备的整体性能,夹持的承载能力是设计重载操作机驱动装置、传动装置和夹持装置的主要依据,是重要的评价指标之一。本文基于力流封闭整体分析法建立了稳定夹持锻件时考虑偏载特性的动态力学模型,分析了重要参数因素对夹持承载能力的影响。基于局部分析法建立了所需工作夹紧力摩擦点的接触模型；通过分析偏载等参数的影响灵敏度,建立了所需工作夹紧力的多参数耦合分析数据库。基于反向递推方法,对锻造操作机夹持系统设计了一种多级反演自适应控制器；通过虚拟仿真技术将锻造操作机的控制模块、液压模块、机械模块集成在一个虚拟仿真平台上,并利用仿真软件ADAMS和MATLAB,实现了机电液一体化的联合仿真。研究结果表明：锻件的偏心和下垂角、夹钳旋转的角位移和角速度以及钳口夹持接触状态等因素对重载操作机夹持装置动态承载能力的影响不能忽略；设计的夹持液压系统多级反演自适应控制器有效地减小了钳口与锻件的碰撞冲击,克服了液压系统强非线性、参数不确定性和负载扰动等因素的影响,具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能；巨型重载操作机夹持系统数字虚拟仿真平台极大地方便了夹持承载能力的研究工作,并将人机界面交互技术应用到自主研制的重载夹持系统实验平台,得到了夹持承载能力的实验结果,验证了理论模型的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 锻造操作机夹持装置的形式
• 1.3 夹持承载能力研究现状
• 1.4 夹持过程控制的研究现状
• 1.5 数字虚拟仿真技术研究现状
• 1.6 本文研究的主要内容
• 1.7 研究的意义
• 第二章 基于力流封闭整体分析法的提供动态夹持力建模及多参数耦合分析
• 2.1 概述
• 2.2 受力状态的复杂性与建模难点
• 2.3 基于力流封闭整体分析法的夹持力建模
• 2.4 夹持装置稳定夹持锻件时的承载能力分析
• 2.5 结论
• 第三章 时变重载工况下所需动态夹紧力稳定性研究
• 3.1 概述
• 3.2 钳口夹紧锻件所需工作夹紧力局部分析法建模
• 3.2.1 钳口与锻件的封闭性
• 3.2.2 稳定性判断
• 3.2.3 接触点位置
• 3.2.4 不对称夹持研究
• 3.2.5 工件偏心研究
• 3.3 钳口夹持锻件所需工作夹紧力稳定性分析
• 3.3.1 不对称夹持影响分析
• 3.3.2 工件偏心影响分析
• 3.3.3 下垂角影响分析
• 3.3.4 销轴摩擦影响分析
• 3.4 储备系数的确定
• 3.5 结论
• 第四章 夹持过程的反演自适应控制研究
• 4.1 概述
• 4.2 阀控非对称缸系统模型
• 4.3 夹持过程Backstepping控制
• 4.3.1 Lyapunov稳定性理论
• 4.3.2 Adaptive Backstepping控制简介
• 4.3.3 Adaptive Backstepping控制器设计
• 4.3.4 仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 夹持系统虚拟仿真集成技术及实验验证
• 5.1 概述
• 5.2 GUI设计工具简介
• 5.3 虚拟仿真平台系统总体设计步骤
• 5.4 夹持系统机电液一体化虚拟仿真平台集成技术
• 5.4.1 夹持系统虚拟仿真平台主界面的设计
• 5.4.2 液压模块界面
• 5.4.3 机械模块界面
• 5.4.4 控制模块界面
• 5.4.5 联合仿真模块界面
• 5.4.6 性能分析模块界面
• 5.5 夹持承载能力的实验验证
• 5.5.1 实验目的与实验原理
• 5.5.2 实验方案
• 5.5.3 实验装置简介及结构参数
• 5.5.4 实验内容与测量结果
• 5.5.5 实验结果分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果