平面应变模型试验台液压系统的设计与研究

发布时间：2017-03-28 08:10

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【摘要】：平面应变模型试验台主要是根据物理相似模拟理论建立的,模拟地下隧道衬砌结构在不同环境下的受力情况,也可按照设定的相似比模拟列车隧道开挖,特别是在分析地下洞室变形及岩爆和研究开挖过程的岩层运动方面具有明显优势,在土木工程领域具有很强的实用性和广阔应用前景。 本课题的研究对象为某单位研发平面应变模型试验台。本文首先根据试验负载确定试验台液压控制系统的主要参数,设计并绘制了三种液压控制方案原理图,通过对这三种方案对比分析,最终选用了定量泵供油,由步进电机、压力变送器、步进电机驱动器及下位机可编程控制器(PLC) PID控制模块及PWM输出模块组成的闭环控制系统方案。对液压系统液压元件进行选型与采购,并最终用于设计生产。 其次,根据理论计算结果,利用ANSYS有限元软件对本系统的关键液压元件液压缸进行强度校核和模态分析,根据计算结果可以直观、全面了解各个结构在最大加载工况下的强度和刚度及自身的固有频率和振型,为液压缸生产制造提供重要的理论依据。 再次,利用AMESim软件建立多缸三个方向同步开环加载模型及闭环PID控制加载模型,对多缸同步加载的载荷控制和稳压控制进行了仿真研究。通过仿真计算,对比分析两种方案液压系统中的流量、压力及液压缸位移特性曲线,验证了设计的闭环控制系统加载性能优良,控制均匀稳定,是复杂机器控制的最佳选择。 最后,根据加载稳压控制系统的设计要求,分析了系统调压及稳压加载原理,对控制部分硬件进行选型及分析,使用西门子系统软件开发了试验监控系统。实现对液压系统压力的闭环PID控制,同时实现对液压系统压力的实时控制。
【关键词】：试验台 液压控制系统 PID仿真 液压缸 PLC程序
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题来源及研究目的10
• 1.2 国内外的研究现状10-12
• 1.3 设计任务和技术要求12-13
• 1.3.1 设计任务13
• 1.3.2 技术要求13
• 1.4 本文的主要工作13-15
• 第二章 液压系统原理分析和参数计算15-28
• 2.1 负载分析和加载的试验过程15
• 2.2 液压系统主要参数的确定15-17
• 2.2.1 液压缸内径和活塞杆径计算16
• 2.2.2 活塞杆的强度计算16-17
• 2.3 液压系统方案分析与选择17-23
• 2.3.1 比例溢流阀调压开环控制方案17-19
• 2.3.2 伺服系统闭环控制方案19-20
• 2.3.3 PID闭环控制方案20-23
• 2.4 液压元件的选型与液压元件集成设计23-27
• 2.4.1 液压泵站的选型23-26
• 2.4.2 液压工作站的集成设计26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 液压系统关键部件的强度校核28-37
• 3.1 ANSYS有限元软件介绍28
• 3.2 液压缸静态强度有限元分析28-33
• 3.2.1 三维模型的建立28-29
• 3.2.2 单元网格的划分29-30
• 3.2.3 边界条件的处理30-31
• 3.2.4 载荷的施加31
• 3.2.5 后处理及分析结果31-33
• 3.3 液压缸在加载预应力下模态分析33-36
• 3.3.1 模态分析基础理论33-34
• 3.3.2 模态分析结果34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 液压系统建模及AMESIM仿真37-48
• 4.1 AMESIM仿真软件介绍37-38
• 4.1.1 AMESim仿真软件的基本特征37
• 4.1.2 AMESim仿真软件在液压系统中的应用37-38
• 4.2 试验台三通道液压加载开环控制仿真38-43
• 4.2.1 开环控制仿真模型的建立39
• 4.2.2 开环控制仿真模型的参数设置39-41
• 4.2.3 开环加载工况仿真结果分析41-43
• 4.3 试验台三通道液压加载闭环控制仿真43-47
• 4.3.1 PID控制器的组成及特点43-44
• 4.3.2 液压缸PID控制器仿真模型44-45
• 4.3.3 闭环控制仿真模型PID参数设置45-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 PLC控制系统设计48-59
• 5.1 加载稳压控制系统的设计要求48
• 5.2 控制方案的确定48
• 5.3 步进电机转速闭环控制原理48-49
• 5.4 PLC(下位机)控制系统的硬件部分设计49-53
• 5.4.1 西门子PLC的介绍49
• 5.4.2 控制系统的设计步骤49
• 5.4.3 控制系统的硬件组成49-53
• 5.5 测控系统软件部分设计53-58
• 5.5.1 确定系统工作流程53-54
• 5.5.2 基于PLC与步进电机的压力闭环控制54-55
• 5.5.3 测试系统的设计55-58
• 5.6 本章小结58-59
• 结论59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 罗海萍;潘佐云;唐清春;;基于ANSYS的翻卷机液压缸的有限元分析[J];广西工学院学报;2011年03期

2 陈，

本文编号：271918