混凝土注浆机电液控制系统的设计与研究

论文摘要

目前,随着地铁建设工程的不断兴起和地下隧道工程发展规模的不断扩大,掘进机技术在国内外的应用越来越广泛。作为掘进机施工的一个环节,注浆对后期的地层沉降控制起着重要作用。然而,由于注浆工程属于隐蔽工程,致使在注浆工程中仍然存在理论落后于实践,注浆施工自动化程度不高及参数控制不精确等情况。本文设计了用于掘进机混凝土注浆的电液控制系统。本系统采用电液控制方案,提高了注浆施工自动化程度。为达到最佳的注浆效果,建立了注浆质量控制模型,以实时监测注浆过程。本文首先深入研究、分析国内外掘进机注浆设备控制系统,运用流变学原理分析混凝土的流动特性和详细分析掘进机注浆施工情况,在此基础上,设计了由比例方向流量阀、电磁换向阀和液压缸等构成的液压系统,并在AMEsim中对该系统进行仿真。然后,根据控制系统的功能规划对硬件进行模块化设计,主要包括驱动功能模块、通信模块、数据采集模块等;对控制系统功能如信号处理、液压缸驱动算法、注浆质量控制算法等模块在MPLAB IDE中进行编程实现。最后,通过编程调试、试验验证,对电液控制系统的性能进行验证,结果表明该系统能够满足注浆施工要求,为掘进机注浆设备的发展与应用提供了一种方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 混凝土注浆机的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题研究目的与意义
• 1.4 课题主要工作
• 第2章 混凝土注浆机电液控制系统整体设计
• 2.1 注浆机电液控制系统功能规划
• 2.1.1 注浆机的驱动控制功能
• 2.1.2 注浆参数的设定功能
• 2.1.3 注浆过程中关键信息采集功能
• 2.1.4 注浆质量综合分析自动控制功能
• 2.1.5 信息交互功能
• 2.2 注浆机电液控制系统设计流程
• 2.3 本章小结
• 第3章 混凝土的流动特性及注浆参数分析
• 3.1 混凝土的流动特性及泵送压力计算
• 3.1.1 流变学原理及流变模型
• 3.1.2 流变学原理在混凝土中的应用
• 3.1.3 注浆机泵送压力
• 3.2 注浆施工参数分析
• 3.2.1 注浆压力
• 3.2.2 注浆量
• 3.2.3 注浆压力和注浆量的关系
• 3.2.4 注浆位置
• 3.2.5 注浆流量
• 3.2.6 注浆质量标准
• 3.3 本章小结
• 第4章 注浆机液压系统设计及仿真
• 4.1 注浆工作过程分析
• 4.2 液压系统设计
• 4.3 液压系统计算
• 4.3.1 主油路计算及元件选择
• 4.3.2 吸浆口和排浆口控制油路计算及元件选择
• 4.3.3 液压泵和电动机的选择
• 4.3.4 比例溢流阀的选择
• 4.3.5 其他元件的选择
• 4.4 液压系统仿真
• 4.4.1 仿真环境介绍
• 4.4.2 液压系统建模
• 4.4.3 仿真曲线分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统控制器硬件及软件设计
• 5.1 控制器总体设计
• 5.2 控制器硬件设计
• 5.2.1 核心芯片介绍
• 5.2.2 模拟量接口电路
• 5.2.3 数字量接口电路
• 5.2.4 比例阀驱动电路
• 5.2.5 电磁换向阀驱动电路
• 5.2.6 液晶与按键电路
• 5.2.7 通信电路
• 5.2.8 系统电源设计
• 5.2.9 硬件可靠性设计
• 5.3 控制器软件设计
• 5.3.1 软件开发平台及下载工具简介
• 5.3.2 软件编写的基本原则
• 5.3.3 模拟信号采集模块设计
• 5.3.4 数字信号采集模块设计
• 5.3.5 数据处理模块设计
• 5.3.6 液压缸驱动模块设计
• 5.3.7 注浆质量控制算法模块设计
• 5.3.8 软件可靠性设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 试验验证
• 6.1 主油缸加减速控制验证试验
• 6.1.1 试验平台的搭建
• 6.1.2 试验结果分析
• 6.2 三个液压缸的时序协调试验
• 6.2.1 试验平台的搭建
• 6.2.2 试验结果分析
• 6.3 PROFIBUS-DP 通信试验
• 6.3.1 试验平台的搭建
• 6.3.2 试验步骤
• 6.3.3 试验结果分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 课题结论
• 7.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果