跨座式单轨车辆转向架分离装置升降平台的液压同步控制研究

论文摘要

跨座式单轨交通具有结构简单、占用空间少、适应地形能力强、环保舒适、施工周期短等许多显著特点,能够有效地缓解城市交通拥堵的压力,提高城市生存质量,保障城市交通的可持续发展,逐渐成为一种广泛应用的轨道交通形式。转向架分离装置是保证单轨车辆正常运行的关键维护设备,跨座式单轨车辆转架分离装置的研究在国内刚起步,重庆轻轨二号线上使用的分离装置是目前国内第一台跨座式转向架分离装置。设备自交付使用以来,为单轨车辆转向架维护保养和轻轨列车的安全运行提供了有效地保障,与此同时在使用过程中也出现了一些问题,主要是沉降梁与轨道梁的准确对位问题及平台运动平稳性和水平稳定性控制问题。为了彻底解决设备在使用中出现的问题,以确保设备的安全性并进一步提高设备的使用性能,需对设备进行一次全面系统的升级维护。本文在分析了转向架分离装置的国内外发展现状及同步控制技术研究现状的基础上,提出运用高频响比例方向阀,及内置传感器的数字油缸的液压同步控制的方案。文中推导出了阀控非对称液压缸的数学模型及高频响比例阀的数学模型,分别建立了单套阀控缸系统的数学模型和双缸液压同步控制系统的数学模型,在此基础上对系统的静、动态特性做了详细分析。通过对系统的静、动态特性的分析,可知系统的性能指标并不能完全满足设计要求,文中采用了应用最广泛的PID校正方法对系统进行了校正。首先是对液压同步系统中单套阀控缸系统进行校正,经校正后单套子系统的各项性能都达到了要求,校正后保证沉降量和轨道梁的最终对中精度。然后在此基础上对整套液压同步系统进行了仿真。本论文借用MATLAB中的SIMULINK软件包对液压同步系统进行了仿真。从仿真结果看,该系统具有较高的同步控制精度,及良好的动态特性,可以满足系统的要求。本项目的实施,有助于设计出满足要求、安全可靠、经济实用、具有自主知识产权的跨座式单轨车辆的转向架分离装置,打破日本对该项技术的垄断。本文的设计结果对未来类似的装置的研究具有较大的理论和实际的参考价值,将有助于促进我国跨座式单轨交通设备产业的发展和壮大。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的背景及意义
• 1.2 跨座式单轨交通及其装备的发展现状
• 1.2.1 跨座式单轨交通的总体介绍
• 1.2.2 转向架分离装置国内外发展情况
• 1.3 液压同步控制技术的研究现状
• 1.3.1 液压同步控制系统的分类
• 1.3.2 液压系统闭环同步控制技术
• 1.3.3 液压闭环同步的控制算法与策略
• 1.4 课题的研究目的和内容
• 1.4.1 本课题的研究目的
• 1.4.2 本课题的主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 升降平台液压同步系统设计
• 2.1 转向架分离装置总体介绍
• 2.1.1 转向架分离装置的设计要求
• 2.1.2 现有转向架分离装置存在的主要问题
• 2.1.3 转向架分离装置的总体方案设计
• 2.2 升降机构液压系统设计
• 2.2.1 升降机构液压回路设计
• 2.2.2 系统主要元器件的选型及其参数
• 2.3 本章小结
• 3 升降平台液压同步系统建模与分析
• 3.1 阀控非对称缸数学模型的推导及建立
• 3.1.1 阀的负载压力-流量特性
• 3.1.2 液压缸负载流量方程
• 3.1.3 液压缸力平衡方程的建立
• 3.1.4 阀控液压缸的数学模型
• 3.1.5 传递函数的简化
• 3.2 高频响比例阀的建模
• 3.3 液压同步系统建模及分析
• 3.3.1 单套阀控缸系统的建模
• 3.3.2 同步控制系统的建模分析
• 3.4 各环节参数的确定及传递函数的计算
• 3.4.1 各环节参数的确定
• 3.4.2 阀控缸传递函数的计算
• 3.5 本章小结
• 4 液压同步系统动静态特性分析
• 4.1 系统的稳定性分析
• 4.1.1 稳定性的判定方法
• 4.1.2 单套子系统稳定性判定
• 4.1.3 单套子系统稳定性分析
• 4.2 系统瞬态响应分析
• 4.2.1 瞬态响应的性能指标
• 4.2.2 单套阀控缸子系统瞬态响应分析
• 4.3 系统稳态误差分析
• 4.3.1 输入指令引起的稳态误差
• 4.3.2 外干扰作用下的稳态误差
• 4.3.3 单套阀控缸系统的稳态误差
• 4.3.4 同步系统的稳态误差
• 4.4 本章小结
• 5 液压同步系统的PID校正及其仿真
• 5.1 PID控制理论基础
• 5.1.1 PID技术简介
• 5.1.2 PID控制原理
• 5.1.3 PID参数整定
• 5.2 单套阀控缸系统的校正仿真
• 5.2.1 仿真环境介绍
• 5.2.2 采样周期的确定
• 5.2.3 PID控制器的设计
• 5.2.4 PID控制器参数的整定
• 5.2.5 单套阀控缸系统的仿真
• 5.3 液压同步系统的仿真
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文