在役管線檢測車舉升機構(gòu)有限元分析及控制策略研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、管道檢測是石油工業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié),特別是高壓注氣管線檢測技術(shù)在我國仍屬空白。在役管線檢測是針對遼河油田高壓注氣管道的一個實際項目。它不僅具有深遠的理論和學術(shù)價值,而且具有巨大的工程意義。 本課題針對在役管道檢測裝置中的檢測載體—檢測車舉升臂架進行研究,它是能否實現(xiàn)在役管道正常檢測的重要基礎(chǔ)工作。本文正是以檢測車舉升臂架 (舉升機構(gòu)) 為研究對象,采用 ANSYS 有限元分析軟件設(shè)計了舉升機構(gòu),并進行了舉升機構(gòu)的動力學建模、軌跡

2、跟蹤模糊控制和控制系統(tǒng)仿真。 在舉升機構(gòu)的設(shè)計部分,根據(jù)給定的作業(yè)范圍,選用兩節(jié)彎曲式作業(yè)檢測車舉升臂架臂,并對工作臺離地間隙、上(下)臂長、作業(yè)臂截面等尺寸進行初選定,計算各臂最大舉升角及舉升臂最大作業(yè)面積。根據(jù)舉升機構(gòu)在最大作業(yè)高度和最大作業(yè)幅度下施加載荷,對作業(yè)臂進行有限元分析,得出了工作臂的應力和變形圖,確定了危險點并校核了強度和剛度。又通過對作業(yè)臂的模態(tài)分析,確定了作業(yè)臂各階的固有頻率和振型。另外,對應力集中處,提出了

3、結(jié)構(gòu)改進的方法,進一步完善舉升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在保證了作業(yè)臂的強度和剛度以后,以總重量為目標函數(shù),以截面尺寸為優(yōu)化設(shè)計變量,利用ANSYS 軟件進行了有限元優(yōu)化設(shè)計,優(yōu)化后,作業(yè)臂截面尺寸明顯減少,總重量明顯減輕。達到了減輕整機自重,節(jié)約材料,減少成本的目的。 在舉升機構(gòu)控制策略研究部分,以舉升臂架為研究對象,進行了動力學建模、PID控制、軌跡跟蹤模糊控制和控制系統(tǒng)仿真。舉升機構(gòu)的動力學建模,首先采用常規(guī)拉格朗日法建立機械臂部分

4、的動力學模型;然后利用非對稱液壓油缸建模的一般原理,建立基于狀態(tài)空間的單出桿液壓油缸和液壓馬達的數(shù)學模型;最后兩者結(jié)合就得到考慮驅(qū)動系統(tǒng)影響的舉升機械臂動力學模型。舉升機構(gòu)的控制,就是通過控制液壓油缸、液壓馬達的驅(qū)動力,使機械臂能按期望的運動路徑運動使工作斗達到精確的檢測位置。根據(jù)舉升機構(gòu)系統(tǒng)的特點,分別采用PID控制器和模糊控制器進行軌跡跟蹤控制,研究工作中對一個二自由度機械臂進行控制規(guī)律研究。最后的仿真結(jié)果表明,軌跡跟蹤模糊控制能取

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