混凝土泵电磁驱动系统建模与特性分析

摘要

传统液压驱动活塞式混凝土泵已经很难满足国内外逐渐提升的对工程机械节能减排的要求。电磁导轨驱动技术作为新型环保节能驱动技术的代表，已经有多年发展的历史，将电磁导轨驱动技术应用于活塞式混凝土泵已经成为社会发展的必然趋势。本文主要分析电磁导轨驱动技术应用于活塞式混凝土泵的可行性，设计一种导轨电枢驱动系统来实现混凝土的泵送，为往复式混凝土泵的节能减排奠定理论基础。 首先，分析了电磁导轨驱动系统在活塞式混凝土泵中的工作机理；建立了驱动系统等效电路模型；分析电枢受力建立了运动数学模型；使用Matlab/Simulink分析了在水平泵送距离为150m、200m、250m、300m时馈入峰值为300KA正弦电流不改变其他条件时电枢的运动特性；分析了在馈入峰值为30KA、35KA、40KA正弦电流时不改变其他参数，回泵电枢的运动特性。结果表明了电磁导轨驱动活塞式混凝土泵的可行性，并得到了输入电流与泵送距离的参数匹配。 其次，通过经典麦克斯韦方程组以及毕奥-沙伐尔定律建立了导轨线电流和体电流模型下的电感梯度数学模型，得到了影响导轨电感梯度的主要参数为导轨尺寸以及材料属性；结合微分欧姆定律和恒定电流条件对导轨电流分布原理进行了研究，分析了影响磁场分布与电流分布的主要参数为材料属性以及电枢运动速度。 然后，对导轨构建数值模型，通过对导轨数值模拟，找到了导轨尺寸结构的变化对电枢受力、导轨受力以及导轨电枢接触面最大电流密度的影响规律，使用正交试验法对导轨参数优化，确定的最优的尺寸方案电枢受力明显增大，导轨受力以及最大电流密度明显减小。 最后，使用Ansoft Maxwell仿真软件对电磁导轨驱动系统进行了磁场分布仿真以及电流分布仿真，分析了不同材料参数、不同时刻对磁场以及电流的影响规律。并分析了不同材料对导轨电感梯度的影响。结果表明材料导磁率越小，磁场分布越均匀，电流涡流效应越弱，电感梯度越小。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 活塞式混凝土泵简介

1.3 混凝土泵国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 电磁驱动技术国内外研究现状

1.4.1 国外研究现状

1.4.2 国内研究现状

1.5混凝土泵电磁导轨驱动系统研究目的

1.6 本文主要研究内容

第2章 混凝土泵电磁驱动系统运动特性分析

2.1 混凝土泵电磁导轨驱动系统的工作原理

2.2 电磁导轨驱动系统模型分析

2.2.1 电路特性分析

2.2.2 混凝土在直管中流动压力损失计算

2.2.3 电磁导轨驱动系统电枢受力分析

2.3 电磁导轨驱动系统仿真模型

2.3.1 混凝土泵正泵过程仿真

2.3.2 混凝土泵回泵过程仿真

2.4 本章小结

第3章 导轨参数对系统泵送性能的影响

3.1 导轨结构参数与电感梯度的关系

3.1.1 线电流模型下的电感梯度

3.1.2 体电流模型下的电感梯度

3.2 导轨材料参数与电流密度的关系

3.2.1 欧姆定律微分形式

3.2.2 恒定电流条件

3.2.3 导轨电流分布原理

3.3 本章小结

第4章 导轨结构尺寸的变化对驱动系统性能的影响

4.1导轨参数化模型

4.2 矩形导轨结构尺寸对驱动系统结果的影响

4.2.1 矩形导轨宽度对驱动系统结果的影响

4.2.2 矩形导轨高度对驱动系统结果的影响

4.2.3 矩形导轨间距对驱动系统结果的影响

4.2.4 导轨结构变化对驱动系统结果的影响

4.3 正交实验及分析

4.3.1 确定试验指标、因素和水平

4.3.2 选区正交表

4.3.3 试验设计安排

4.3.4 试验结果分析

4.4 本章小结

第5章 混凝土泵电磁导轨驱动系统仿真分析

5.1 电磁导轨驱动系统磁场强度分布仿真

5.1.1 不同材料的导轨电枢对系统磁场强度分布的影响

5.1.2 不同时刻系统中磁场强度的分布仿真

5.2 电磁导轨驱动系统电流分布仿真

5.2.1 不同材料的导轨电枢对系统电流分布仿真的影响

5.2.2 不同时刻系统中电流分布的仿真

5.3 不同材料对系统电感梯度的影响

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

参加的科研项目

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