本文選題：泵車臂架系統(tǒng)　切入點(diǎn)：多體動力學(xué)　出處：《東南大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：混凝土泵車是將輸送成品混凝土和澆注作業(yè)集為一體的現(xiàn)代建筑機(jī)械。隨著臂架節(jié)數(shù)不斷加長、設(shè)計輕質(zhì)化趨勢,泵車臂架系統(tǒng)已然成為一個典型的多自由度柔性系統(tǒng),運(yùn)動時存在比較明顯的抖動。如何能實現(xiàn)泵車智能化控制、平穩(wěn)可靠地確定末端澆注位置成為臂架研究的熱點(diǎn)�？紤]到泵車作為大型工程機(jī)械,各類控制算法無法貿(mào)然在實際泵車上進(jìn)行驗證,需要創(chuàng)建柔性泵車臂架系統(tǒng)模型,以便為控制算法的研究提供驗證平臺。本文在充分研究某型號泵車臂架系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上,創(chuàng)建了柔性臂架系統(tǒng)模型,并基于ADAMS和Simulink實現(xiàn)聯(lián)合控制仿真。具體工作內(nèi)容如下：1.完成泵車臂架系統(tǒng)的動力學(xué)建模并求解。本文將柔性臂架視為歐拉梁以簡化模型,基于多體動力學(xué)理論和拉格朗日方程,建立起兩節(jié)臂剛性和柔性臂架的動力學(xué)方程。采用數(shù)值解法,結(jié)合Simulink仿真,求解多維二階微分方程組。從剛性和柔性臂架系統(tǒng)的動力學(xué)仿真結(jié)果可以看出柔性因素對臂架系統(tǒng)動力學(xué)性能的影響主要體現(xiàn)在臂架的小幅度振動,這為后續(xù)的臂架模型仿真提供依據(jù)和對照。2.搭建五節(jié)剛性臂架系統(tǒng)模型。結(jié)合某企業(yè)的混凝土泵車系列技術(shù)手冊,在Pro/E中巧妙借助基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)面,采用鏡像、倒角和軌跡掃描等方式展現(xiàn)模型特征,并將各臂架零件通過不同約束方式組裝成等比例臂架系統(tǒng)模型。借助無縫接口模塊Mechpro為各鉸接處添加約束和標(biāo)識,并生成剛體文件導(dǎo)入到ADAMS中,建立起剛性臂架系統(tǒng)。3.搭建柔性泵車臂架系統(tǒng)模型。在ANSYS中,靈活設(shè)置工作平面,對外形不規(guī)則的臂架零件進(jìn)行實體切割,用映射網(wǎng)格劃分規(guī)則部分,用自由網(wǎng)格劃分不規(guī)則部分,從而得到較為精細(xì)的網(wǎng)絡(luò)劃分效果。對柔性臂架進(jìn)行模態(tài)分析并將柔性文件導(dǎo)入到ADAMS中替代剛性臂架,對比兩個軟件中柔性臂架的各階模態(tài)頻率等相關(guān)屬性以確保柔性文件傳輸正確,從而建立起柔性臂架系統(tǒng)模型。4.驗證柔性臂架系統(tǒng)模型的正確性。本文使用添加旋轉(zhuǎn)約束驅(qū)動的方法實現(xiàn)臂架實時鎖定的功能,并結(jié)合傳感器的使用,編寫腳本文件控制柔性臂架完成啟停運(yùn)動。仿真結(jié)果表明,柔性臂架末端在突然停止時出現(xiàn)減幅振動,與實際臂架運(yùn)動特性吻合。5.構(gòu)建聯(lián)合仿真系統(tǒng),并進(jìn)行控制方案的驗證。仿真方案中,將臂架末端的軌跡控制轉(zhuǎn)化為各節(jié)臂架的角度控制,使用C語言編程求臂架運(yùn)動學(xué)逆解,并封裝成仿真模塊。采用PID控制算法,控制臂架末端沿著直線運(yùn)動。對比剛性和柔性臂架系統(tǒng)的仿真結(jié)果,可以看出,隨著臂架長度的增加,柔性對臂架末端抖動的影響越來越大。本文建立的柔性臂架系統(tǒng)可以如實反映實際泵車臂架系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài),以便將來用于各類控制算法的驗證,為臂架控制算法的改進(jìn)提供依據(jù)。
[Abstract]:The concrete pump car is a modern construction machinery which combines the delivery of finished concrete with the pouring operation. With the increasing number of boom segments and the trend of lightweight design, the boom system of pump truck has become a typical flexible system with multi-degree of freedom. There is obvious jitter in motion. How to realize the intelligent control of pump car and how to determine the end pouring position stably and reliably has become a hot spot in the research of boom. Considering the pump car as a large construction machinery, All kinds of control algorithms can not be hastily verified on the actual pump vehicle, so it is necessary to create a flexible pump vehicle boom system model. In order to provide a verification platform for the study of control algorithms, this paper establishes a flexible boom system model on the basis of fully studying the mechanical structure and working principle of the boom system of a certain type of pump vehicle. And the joint control simulation is realized based on ADAMS and Simulink. The detailed work is as follows: 1. The dynamic modeling and solving of the boom system of pump vehicle are completed. In this paper, the flexible boom is regarded as an Euler beam to simplify the model, and based on the theory of multi-body dynamics and Lagrange equation, The dynamic equations of rigid and flexible arms with two arms are established. The numerical solution is used, and the Simulink simulation is carried out. From the dynamic simulation results of rigid and flexible boom system, it can be seen that the influence of flexible factors on the dynamic performance of boom system is mainly reflected in the small amplitude vibration of boom. This provides the basis and contrast for the subsequent simulation of boom model. 2. Build a model of five rigid boom system. Combined with a series of technical manuals of concrete pump car in a certain enterprise, with the help of datum and datum in Pro/E, the mirror image is used. The model features are displayed by chamfering and trajectory scanning, and each arm part is assembled into a uniform proportional boom system model by different constraint modes. The seamless interface module Mechpro is used to add constraints and marks to each hinge. The rigid body files are generated and imported into ADAMS, and the rigid boom system .3.The model of the flexible pump truck boom system is built. In ANSYS, the working plane is set up flexibly, and the irregular shape of the bobbin parts are cut. In this paper, the mapping mesh is used to divide the irregular part and the free grid is used to divide the irregular part. The modal analysis of the flexible boom is carried out and the flexible file is imported into the ADAMS instead of the rigid arm. In order to ensure the correct transmission of flexible files, the relative properties of each order modal frequency of the flexible boom in the two softwares are compared. Finally, a flexible boom system model .4 is established to verify the correctness of the flexible boom system model. In this paper, the real time locking function of the boom is realized by adding rotating constraint drive, and the sensor is used. The script file is written to control the start and stop motion of the flexible boom. The simulation results show that the amplitude reduction vibration occurs at the end of the flexible boom when it suddenly stops, which coincides with the actual motion characteristics of the boom. 5. A joint simulation system is constructed. In the simulation scheme, the trajectory control of the end of the boom is transformed into the angle control of each arm, the inverse kinematics solution of the arm is obtained by C language programming, and encapsulated into a simulation module. The PID control algorithm is adopted. Comparing the simulation results of rigid and flexible boom systems, it can be seen that with the increase of arm length, The effect of flexibility on the end jitter of boom is more and more great. The flexible boom system established in this paper can accurately reflect the motion state of the boom system of actual pump vehicle, so that it can be used to verify all kinds of control algorithms in the future. It provides the basis for the improvement of arm control algorithm.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU646

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本文編號：1662941