翻车机动力学分析及液压系统优化

摘要

翻车机是用来翻卸铁路敞车装载的各种散状物料的现代化卸货设备，被广泛用于冶金、电力、化工、运输、煤炭等行业。翻车机完成对铁路敞车的夹持定位和翻转卸料工作，夹持定位由液压系统实现，卸料工作通过变频电机驱动翻车机翻转来完成。由于翻车机工作环境恶劣，导致翻车机故障频发，由于故障排查又比较困难，检修时间长，会严重影响翻车机工作效率。因此，如何采取有效措施减少翻车机故障具有十分重要的意义。本课题来源于黄冈大别山发电厂翻车机液压系统改造项目，通过查找相关文献资料和现场调察，深入了解翻车机的工作原理及其易发故障原因，以翻车机本体分离式液压系统和翻车机液压传动控制系统为研究对象，进行了以下几个方面的研究工作:
　　首先，根据电厂提供的翻车机二维图纸，建立翻车机的三维模型，对翻车机翻转过程中的运动状态进行动力学仿真，分析了卸料过程中，翻车机压车梁和靠车板受力。
　　其次，对原翻车机液压系统存在的问题及原因进行分析，提出了翻车机本体分离式液压系统改造方案，并设计了新液压系统。考虑到翻车机电机驱动存在诸多问题，新系统增加了本体回转回路，采用液压传动驱动翻车机翻转。另外，根据原液压系统的一些技术参数，对新系统主要的液压元件参数进行计算选型。
　　然后，分析了敞车掉道原因，并对敞车的受力进行了数学建模，通过液压仿真软件，对所优化后的翻车机压车与靠车回路进行仿真，验证了优化后的液压系统可行性。
　　最后，利用Matlab和AMEsim联合仿真对所设计的翻车机液压传动系统模型进行模拟分析，仿真结果表明模糊PID控制比常规PID控制提高了翻车机翻转位置角度动态跟踪误差和定位角度误差，可以进一步改善系统的控制性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 翻车机国内外发展状况

1．2．1 国外发展概况

1．2．2 国内发展概况

1．3 本课题的来源和研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 课题的主要研究内容

第2章 C型翻车机动力学模型

2．1 动力学分析软件ADAMS简介

2．2 C型翻车机介绍

2．2．1 翻车机结构简介

2．2．2 C型翻车机的主要技术参数

2．2．3 翻车机的工作过程

2．3 C型翻车机的载荷计算

2．4 翻车机动力学模型的建立

2．4．1 翻车机建模的简化

2．4．2 翻车机动力学模型

2．5 运动副和载荷设置

2．5．1 运动副设置

2．5．2 载荷设置

2．5 仿真分析

2．5．1 仿真步骤

2．5．2 翻车机仿真结果分析

2．6 模型合理性验证

2．7 本章小结

第3章 翻车机液压系统优化设计

3．1 工作要求

3．2 原翻车机传动系统存在的主要问题及分析

3．2．1 液压传动系统主要问题及分析

3．2．2 电气传动系统问题及分析

3．3 液压系统优化设计

3．3．1 主泵回路

3．3．2 压车回路

3．3．3 靠车回路

3．3．4 插销回路

3．3．5 本体回转回路

3．3．6 油箱及液压辅助元件

3．3．7 液压元件的选择

3．3．8 管路布置

3．3．9 液压站布局

3．4 本章小结

第4章 翻车机压车与靠车液压回路建模与仿真

4．1 液压物理系统仿真及AMESim软件介绍

4．2 翻车机车敞车受力数学建模

4．3 原液压系统压车与靠车回路建模与仿真

4．4 优化后翻车机压车靠车液压系统建模与仿真

4．5 本章小结

第5章 翻车机比例控制回路分析

5．1 模糊PID算法

5．1．1 模糊控制器的基本结构

5．1．2 参数自整定模糊PID控制原理

5．2 模糊PID及液压系统的建模

5．2．1 模糊PID控制器的设计

5．2．2 模糊PID控制器的建模

5．2．3 基于AMESim液动翻车机位置控制液压系统建模

5．3 AMESim与MATLAB／Simulink联合仿真分析

5．3．1 MATLAB／Simulink联合仿真模型

5．3．2 液动翻车机位置跟踪误差及定位误差仿真分析

5．4 本章小结

6．1 课题总结

6．2 课题展望

致谢

参考文献

附录