本文選題：旋轉(zhuǎn)沖擊型液壓錨桿鉆機　切入點：行程反饋式液壓沖擊器　出處：《西安建筑科技大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：旋轉(zhuǎn)沖擊型液壓錨桿鉆機廣泛應(yīng)用于錨固施工中,但傳統(tǒng)的液壓錨桿鉆機還存在一些缺點,如鉆機的沖擊能和沖擊頻率不可調(diào)節(jié)或只能有限檔手動調(diào)節(jié),難以實現(xiàn)合理有效的匹配,特別是當工作對象硬度發(fā)生改變時,適應(yīng)性及靈活性較差;另外鉆機的電氣控制系統(tǒng)可靠性差,整機的智能化控制水平較低等。為了解決這些問題,在前人開發(fā)的基礎(chǔ)上,本文探索基于無級變行程沖擊器的旋轉(zhuǎn)沖擊型液壓錨桿鉆機,研究了基于PLC、變頻器和HMI的液壓驅(qū)動控制系統(tǒng),并提出了基于自適應(yīng)蟻群遺傳混合算法的優(yōu)化控制策略。通過仿真優(yōu)化驗證和實驗,實現(xiàn)了錨桿鉆機在不同工況下,根據(jù)變行程機構(gòu)緩沖腔峰值油壓的變化情況,使用自適應(yīng)蟻群遺傳混合算法,將液壓缸推進力與系統(tǒng)工作油壓進行最佳匹配,在滿足當前工作情況時,最大功率下合理調(diào)整沖擊能E和沖擊頻率f,實現(xiàn)二者之間的無級調(diào)節(jié)。較好地解決了目前存在問題。本文完成的主要研究工作與創(chuàng)新點如下:(1)在分析巖土特性的基礎(chǔ)上,研究液壓錨桿鉆機沖擊鉆孔時巖石破碎的機理,進行了力學(xué)分析,研究了破碎功能的轉(zhuǎn)化及鑿碎比功的關(guān)系等,建立了旋轉(zhuǎn)沖擊型液壓錨桿鉆機二元沖擊鑿巖系統(tǒng)波動力學(xué)模型及有限元模型,分析了沖擊鉆進時應(yīng)力波的產(chǎn)生、傳遞及對鉆進效果的影響;推進力對錨桿沖擊能的傳遞和工作效率的影響。實驗和仿真表明:隨著鑿入的進行,沖擊能在逐步減小,當沖擊能減小到無法破壞巖石時,釬頭出現(xiàn)回彈。(2)根據(jù)行程反饋式錨桿鉆機液壓沖擊器及無級調(diào)節(jié)變行程液壓沖擊機構(gòu)的工作原理,建立了液壓沖擊器變行程調(diào)節(jié)機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型,研究了錨桿鉆機主要部件特性,設(shè)計并建立了錨桿鉆機液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)仿真模型。實驗和仿真表明:沖擊鉆進時,協(xié)調(diào)改變系統(tǒng)工作壓力與推進力時,可以調(diào)節(jié)液壓沖擊器的沖擊能與沖擊頻率,該結(jié)果為錨桿鉆機液壓驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化控制策略提供了基礎(chǔ)。(3)對比分析了蟻群算法、遺傳算法和傳統(tǒng)Z-N法對PID控制器整定參數(shù)優(yōu)化方法存在的不足,提出了基于自適應(yīng)蟻群遺傳混合算法的PID參數(shù)整定策略。通過將遺傳算法的選擇、交叉方式進行初始信息的獲取,然后使用蟻群算法,進行路徑概率和信息素的自適應(yīng)選擇和調(diào)整,最終獲得PID參數(shù)的整定值。實驗和仿真表明:該算法整定PID參數(shù)有效、快速、準確。將該算法應(yīng)用于錨桿鉆機無級調(diào)節(jié)液壓驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化控制策略。當錨桿鉆機在不同工況下,根據(jù)變行程機構(gòu)緩沖腔峰值油壓h?P的變化情況,應(yīng)用自適應(yīng)蟻群遺傳混合算法,將沖擊器液壓缸推進力Ft與系統(tǒng)工作油壓Pd進行最佳匹配,調(diào)整沖擊能E和沖擊頻率f,使錨桿鉆機的功率也達到最優(yōu)工作狀態(tài)。實驗和仿真表明:當緩沖腔峰值油壓變化時,優(yōu)化算法能夠根據(jù)所需功率最大的原則,尋找到合適Pd和Pt,引起沖擊器緩沖外套位移及沖擊活塞行程的變化,以此改變沖擊器的沖擊能和沖擊頻率,實現(xiàn)了錨桿鉆機根據(jù)工作對象的變化,自動調(diào)整工作參數(shù),確保錨桿鉆機在合理參數(shù)匹配的工況下以最大功率工作。(4)搭建了基于PLC、HMI和變頻器的旋轉(zhuǎn)沖擊型錨桿鉆機液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)實驗臺,將液壓泵的驅(qū)動由PLC控制變頻器實現(xiàn),實現(xiàn)推進單元和沖擊回轉(zhuǎn)單元流量變化的壓力油的自動連續(xù)供給。同時結(jié)合人機界面HMI的應(yīng)用,實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)的可視化與控制智能化。實驗結(jié)果表明:以優(yōu)化控制策略的計算結(jié)果作為液壓缸推進力與系統(tǒng)工作油壓的設(shè)定值,與壓力傳感器采集的反饋值做對比,根據(jù)模擬的工作介質(zhì)硬度變化情況,實時調(diào)整沖擊器液壓缸推進力與系統(tǒng)工作油壓,從而實現(xiàn)沖擊能、沖擊頻率的自動連續(xù)無級調(diào)節(jié),確保錨桿鉆機在合理參數(shù)匹配的工況下以最大功率工作。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU69;TP18

【參考文獻】

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本文編號：1704873