CFR80旋挖钻机液压控制系统的仿真研究

摘要

旋挖钻机是一种快速成孔的桩基础施工设备，广泛应用于公路、铁路、桥梁等领域，其中动力头系统是旋挖钻机最重要的组成部分，动力头的钻进效率对整机性能具有重要影响。本论文研究了动力头和加压复合回路的液压系统，并对恒功率变量泵控系统和负载敏感泵控系统进行了基于钻进、高速抛土模式等工况的仿真对比，仿真结果表明负载敏感泵控系统可以很好地解决功率损失问题，对于有效提高钻进工况的效率具有一定的理论意义。
　　首先对CFR80型旋挖钻机的主要液压回路即动力头回路、加压油缸回路等进行了工作原理分析和液压控制系统元件的计算选型，并对二通流量调节阀、限压阀、动力头马达、恒功率变量泵、负载敏感泵、负载敏感比例多路阀等进行物理建模仿真及性能分析。得到各主要元件的特性曲线，通过与产品样本曲线对比，验证元件模型的正确性。
　　其次对CFR80旋挖钻机恒功率控制系统进行基于AMESim软件的仿真分析，并对其进行负载敏感控制系统的仿真分析，对钻进、高速抛土模式、钻进工况加压系统等工况进行了对比。在做复合动作时，加压油缸压力损失较大，针对动力头及加压油缸复合动作过程中存在的发热问题，提出了改进方案，给出了液压系统原理图，利用AMESim进行了建模仿真，并且与原系统仿真进行了对比，证明了改进方案的可行性，为进一步的研究提供了理论基础。
　　最后针对回转回路的不精确性对回转原理进行了优化，确定了基于CAN总线的电子控制方案；对控制系统的功能进行了规划，并以此为依据进行了控制系统的硬件选型和软件功能设计，完成了控制系统设计。

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第1章 绪 论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 旋挖钻机的基本类型及液压系统组成

1.3 旋挖钻机的国内外研究现状及发展趋势

1.4 课题研究的目的及主要内容

第2章 旋挖钻机液压控制系统的设计

2.1 旋挖钻机的工作原理

2.2 旋挖钻机液压控制系统的设计

2.3 液压动力系统控制方式

2.4 CFR80旋挖钻机液压控制系统元件的计算选型

2.5 本章小结

第3章 液压系统基本元件的建模与仿真

3.1 AMESim仿真软件的介绍

3.2 元件的建模与仿真分析

3.3 负载敏感模型

3.4 恒功率变量泵的数学模型及仿真

3.5 本章小结

第4章 动力头和加压复合回路系统的仿真分析

4.1 恒功率控制回路仿真

4.2 负载敏感控制系统回路仿真

4.3 动力头及加压油缸回路改进方案

4.4 本章小结

第5章 钻进和回转电气控制系统设计

5.1 电气控制简介

5.2 电气控制系统设计

5.3 旋挖钻机钻孔作业控制系统设计方案

5.4 回转自动定位程序设计

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢