工程船舶液压系统设计及打桩船液压系统的改进设计与仿真研究
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摘要
近年来,随着国民经济的高速发展,港口、航道、桥梁等基础设施的建设,使得各类工程船舶的需求量大大的增加。液压驱动因具有驱动功率大、适应重负荷、调速性和安全性好、便于集中控制、液压动力源可以一机多用等优点,特别适应工程船的工作特点。因此,液压驱动方式广泛地被国内外的工程船舶所采用。
本文对工程船舶上的液压系统设计进行分析,总结与改进,并进行建模仿真。
文章中首先从油源选择、马达的选择、调速方式选择、比例系统的运用、液压系统的安全及水上工况的应对等方面对工程船舶上液压系统设计提出参考意见。
然后以打桩船为例,从吊锤液压系统、移船液压系统、吊桩液压系统、抱桩液压系统等几方面详细分析其液压系统的组成特点。
打桩船打桩作业过程中的“窜桩”所带来的落锤问题是目前存在的一个共同的世界性的问题。虽然发生的频率不高,但直接与间接损失是巨大的。本文在分析了“窜桩”所带来的落锤问题的原因后,提出了四个解决问题的方法和建议。并通过比较研究,与现场条件相结合,提出用编码器检测转速,然后用可编程控制器经比例放大器控制电液比例减压阀的方案,按照预先设定的规律实现平稳制动,避免事故的发生。文章中详细分析了编码器的选择与应用、三通比例减压阀的优势及PLC的程序编制过程。这是一套融检测技术、计算机技术和电液比例控制技术为一体的新方案,较好地解决了各类打桩船多年长期未能解决的“窜桩”引起的落锤问题。
为了能预见系统的动静态性能与方案的可行性。建立三通电液比例减压阀控制液压缸的数学模型,用SIMULINK软件进行分析。仿真结果表明方案是完全可行的,通过改变液压缸的弹簧刚度与输入信号可以得到更理想的输出。并将此仿真模型封装,成为一个子系统,为以后分析提供方便。
In recent years, following the super-speed development of the national economy, and the evelopments of foundation facilities ,such as the ports, channels, bridges…etc, the demand of various engineering ships increased consumedly. The driving of hydraulics have many predominances,such as the big driving power, adapting to the heavy carrying , adjusting velocity soon , the safety, being easy to concentrate the control, and the hydaulic source can be used for many machines. The characteristics greatly adapt the work of the engineering ship. So, the hydraulic driving have been widely used in the engineering ship all the world.This thesis analyse the design of the hydraulic driving in engineering ship, and developed the design of the hydraulic system in piling barge. At last, modeling and simulating for this system.In thesis, the author put forward some suggestions such as the choice of the hydraulic souce, the choice of the motor, the way of adjusting velocity, and the using of the proportional hydraulic way. In the various engineering ships, the piling barge is the essential one. The hydaulic driving is the mail driving of the piling barge . The hydaulic system of the piling barge include : the hydraulic system of hanging hammer ,the hydraulic system of moving ship ,the hydraulic system of hanging piling and the hydraulic system of hugging piling ,and so on , this thesis analysis their characteristics separately.In piling barge, the problem about hammer-sinking arosed piling-sinking is a key problem of piling barge all the world. The performance of the piling barge may affect the schedule of engineering. In the thesis , the author put forward several ways to solve this problem. By learning the equipments now in the piling barge, the author selected the hydraulic-electric proportional control. This system integrated the test technology, computer technology and electro-hydraulic proportional technology. It solved the problem of hammer sinking which can't be solved for many years.For foreseeing the dynamic performance and the static performance of this system ,the thesis established the mathematics model and analysed with the software of SIMULINK . By analyzing the result ,the author put forward the suggestions that improve the system's performance .
The conclusion indicated the system is available.And enveloped it to be a subsystem .affording the convenience for the behind analysis .
本文对工程船舶上的液压系统设计进行分析,总结与改进,并进行建模仿真。
文章中首先从油源选择、马达的选择、调速方式选择、比例系统的运用、液压系统的安全及水上工况的应对等方面对工程船舶上液压系统设计提出参考意见。
然后以打桩船为例,从吊锤液压系统、移船液压系统、吊桩液压系统、抱桩液压系统等几方面详细分析其液压系统的组成特点。
打桩船打桩作业过程中的“窜桩”所带来的落锤问题是目前存在的一个共同的世界性的问题。虽然发生的频率不高,但直接与间接损失是巨大的。本文在分析了“窜桩”所带来的落锤问题的原因后,提出了四个解决问题的方法和建议。并通过比较研究,与现场条件相结合,提出用编码器检测转速,然后用可编程控制器经比例放大器控制电液比例减压阀的方案,按照预先设定的规律实现平稳制动,避免事故的发生。文章中详细分析了编码器的选择与应用、三通比例减压阀的优势及PLC的程序编制过程。这是一套融检测技术、计算机技术和电液比例控制技术为一体的新方案,较好地解决了各类打桩船多年长期未能解决的“窜桩”引起的落锤问题。
为了能预见系统的动静态性能与方案的可行性。建立三通电液比例减压阀控制液压缸的数学模型,用SIMULINK软件进行分析。仿真结果表明方案是完全可行的,通过改变液压缸的弹簧刚度与输入信号可以得到更理想的输出。并将此仿真模型封装,成为一个子系统,为以后分析提供方便。
In recent years, following the super-speed development of the national economy, and the evelopments of foundation facilities ,such as the ports, channels, bridges…etc, the demand of various engineering ships increased consumedly. The driving of hydraulics have many predominances,such as the big driving power, adapting to the heavy carrying , adjusting velocity soon , the safety, being easy to concentrate the control, and the hydaulic source can be used for many machines. The characteristics greatly adapt the work of the engineering ship. So, the hydraulic driving have been widely used in the engineering ship all the world.This thesis analyse the design of the hydraulic driving in engineering ship, and developed the design of the hydraulic system in piling barge. At last, modeling and simulating for this system.In thesis, the author put forward some suggestions such as the choice of the hydraulic souce, the choice of the motor, the way of adjusting velocity, and the using of the proportional hydraulic way. In the various engineering ships, the piling barge is the essential one. The hydaulic driving is the mail driving of the piling barge . The hydaulic system of the piling barge include : the hydraulic system of hanging hammer ,the hydraulic system of moving ship ,the hydraulic system of hanging piling and the hydraulic system of hugging piling ,and so on , this thesis analysis their characteristics separately.In piling barge, the problem about hammer-sinking arosed piling-sinking is a key problem of piling barge all the world. The performance of the piling barge may affect the schedule of engineering. In the thesis , the author put forward several ways to solve this problem. By learning the equipments now in the piling barge, the author selected the hydraulic-electric proportional control. This system integrated the test technology, computer technology and electro-hydraulic proportional technology. It solved the problem of hammer sinking which can't be solved for many years.For foreseeing the dynamic performance and the static performance of this system ,the thesis established the mathematics model and analysed with the software of SIMULINK . By analyzing the result ,the author put forward the suggestions that improve the system's performance .
The conclusion indicated the system is available.And enveloped it to be a subsystem .affording the convenience for the behind analysis .
引文
1 周恩涛.可编程控制器原理及其在液压系统中的应用.北京:机械工业出版社,2003(10)
2 路甬祥.液压气动技术手册.北京:机械工业出版社,2002(1)
3 黎启柏.比例控制与数字控制系统.北京:机械工业出版社,97(5)
4 雷天觉.新编液压工程手册.北京:北京理工大学出版社,98(12)
5 王春行.液压控制系统.北京:机械工业出版社,2000(7)
6 蒋国仁.港口起重机械.大连:大连海事大学出版社,95(10)
7 陆元章.液压系统的建模与分析.上海:上海交通大学出版社,89(12)
8 吴振顺.液压系统仿真与CAD.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2000(11)
9 李永堂,雷步芳,高雨茁编.液压系统建模与仿真.北京:冶金工业出版社,2003(2)
10 胡燕平,彭佑多,吴根茂编.液阻网络系统学.北京:机械工业出版社,2003(1)
11 W.霍夫曼著.陈鹰译.液压元件及系统的动态仿真.杭州:浙江大学出版社,1988(7)
12 蔡廷文.液压系统现代建模方法.北京:中国标准出版社,2002(12)
13 张森,张正亮编.MATLAB仿真技术与实例应用教程.北京:机械工业出版社,2004(1)
14 吴根茂,邱敏秀,王庆丰编.实用电液比例技术.杭州:浙江大学出版社,1992(9)
15 卢长耿等.液压控制系统的分析与设计.北京:煤炭工业出版社,1991
16 李福义.液压技术与液压伺服系统.哈尔滨:咱尔滨工程大学出版社,1992
17 任建勋等.液压传动计算与系统设计.黑龙江:黑龙江省出版局,1982
18 邓起孝等.流体液压系统现代设计方法.北京:中国建筑工业出版社,1985
19 李运华,史维祥等编.近代液压伺服系统控制策略的现状与发展.液压与气动,1995(1)
20 章宏甲.液压与气压传动.北京:机械工业出版社,2000
21 王沫然.Simulink4建模及动态仿真.北京:电子工业出版社,2002
22 [澳大利亚]P.德兰斯菲尔德.液压控制系统的设计与动态分析.北京:科学出版社,1987
23 潘亚东.键合图概论——种系统动力学方法.重庆大学出版社,1990 Herion Information. proportional Valve Technolgy lsue, 1984
24 R. C. Rosenberg, D. C. Karnopp. Introduction to physical system Dynamics. McGraw-Hill, New York, 1983
25 陈燎原.基于Matlab\Simulink的液压绞车动态特性仿真研究.煤炭科学技术.2002(4)18
26 郭世伟.基于功率键合图MATLAB建模仿真在液压系统中的应用研究.煤矿机械.2001(2):11
27 黄人豪.二通插装阀控制技术在中国的应用研究和发展综述.液压气动与密封.2003(2)
28 罗艳蕾,胡应曦.用二通插装式控制阀实现液压传动系统的集成.煤矿机械.2002(3):90
29 杜和来.3DRE电液比例减压阀及其应用.液压与气动.2002(1):51
30 吴华彬.PLC控制技术在工程船舶上的应用.水运工程.1996(8):97～101
31 张祖培.船用液压马达的选用与常见故障排除.机电设备.1997(3):32～35
32 贺金川,李红.比例式减压阀的应用.基建优化.1999(1):50～52
33 叶荣科.先导式三通减压阀及其应用.液压与气动.1999(3):22～24
34 吴政.减压阀流量压力特性的分析与探讨.阀门.2002(2):17～18
35 潘莹.减压阀性能及其分析方法.镇江高专学报.1998(6)
36 权龙,郁凯元,路勇祥.用压力直接检测原理改善三通比例减压阀的性能.
37 权龙,李风兰,王文平.基于SIMULINK的电液控制系统通用仿真软件.液压气动与密封.2001(6):11～13
38 郁凯元,路勇祥,权龙.三通先导比例减压阀的研究.
39 黄卉,程顺.电液比例阀控位置系统的计算机仿真.现代机械.2000(4):12～14
40 黄卉.比例阀控位置系统的参数优化设计.肇庆学院学报.2002(2):32～34
41 尹妍萍,李天石,王成都.比例减压阀数学模型辨识.机床与液压.2001(3):40
42 苏东海,李宏,李巍.比例流量阀控制非对称液压缸同步的仿真分析.机床与液压.2003(4):164～166
43 黄卉.关于比例阀控非对称缸系统的建模问题.机床电器.2000(3):4～6
44 何善君.基于PLC通信网络技术的双缸水闸液压启闭控制系统的建模、远程监控 和故障诊断.硕士论文.2002.1
45 应秀华.阀控液压电梯单片机速度控制系统的研究.硕士论文.2002(3)
46 王士刚.液压系统可视化动态建模技术及其软件实现方法研究.博士论文.2001.9
47 高俊斌.Matlab5.0语言与程序设计.华中理工大学.1998
48 张宜华.精通Matlab5.0.清华大学出版社.1998
49 张志涌.精通Matlab5.3.北京航空航犬大学出版社.2000
50 牛险峰.比例阀的应用.重型机械科技.2004(1):51～53
2 路甬祥.液压气动技术手册.北京:机械工业出版社,2002(1)
3 黎启柏.比例控制与数字控制系统.北京:机械工业出版社,97(5)
4 雷天觉.新编液压工程手册.北京:北京理工大学出版社,98(12)
5 王春行.液压控制系统.北京:机械工业出版社,2000(7)
6 蒋国仁.港口起重机械.大连:大连海事大学出版社,95(10)
7 陆元章.液压系统的建模与分析.上海:上海交通大学出版社,89(12)
8 吴振顺.液压系统仿真与CAD.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2000(11)
9 李永堂,雷步芳,高雨茁编.液压系统建模与仿真.北京:冶金工业出版社,2003(2)
10 胡燕平,彭佑多,吴根茂编.液阻网络系统学.北京:机械工业出版社,2003(1)
11 W.霍夫曼著.陈鹰译.液压元件及系统的动态仿真.杭州:浙江大学出版社,1988(7)
12 蔡廷文.液压系统现代建模方法.北京:中国标准出版社,2002(12)
13 张森,张正亮编.MATLAB仿真技术与实例应用教程.北京:机械工业出版社,2004(1)
14 吴根茂,邱敏秀,王庆丰编.实用电液比例技术.杭州:浙江大学出版社,1992(9)
15 卢长耿等.液压控制系统的分析与设计.北京:煤炭工业出版社,1991
16 李福义.液压技术与液压伺服系统.哈尔滨:咱尔滨工程大学出版社,1992
17 任建勋等.液压传动计算与系统设计.黑龙江:黑龙江省出版局,1982
18 邓起孝等.流体液压系统现代设计方法.北京:中国建筑工业出版社,1985
19 李运华,史维祥等编.近代液压伺服系统控制策略的现状与发展.液压与气动,1995(1)
20 章宏甲.液压与气压传动.北京:机械工业出版社,2000
21 王沫然.Simulink4建模及动态仿真.北京:电子工业出版社,2002
22 [澳大利亚]P.德兰斯菲尔德.液压控制系统的设计与动态分析.北京:科学出版社,1987
23 潘亚东.键合图概论——种系统动力学方法.重庆大学出版社,1990 Herion Information. proportional Valve Technolgy lsue, 1984
24 R. C. Rosenberg, D. C. Karnopp. Introduction to physical system Dynamics. McGraw-Hill, New York, 1983
25 陈燎原.基于Matlab\Simulink的液压绞车动态特性仿真研究.煤炭科学技术.2002(4)18
26 郭世伟.基于功率键合图MATLAB建模仿真在液压系统中的应用研究.煤矿机械.2001(2):11
27 黄人豪.二通插装阀控制技术在中国的应用研究和发展综述.液压气动与密封.2003(2)
28 罗艳蕾,胡应曦.用二通插装式控制阀实现液压传动系统的集成.煤矿机械.2002(3):90
29 杜和来.3DRE电液比例减压阀及其应用.液压与气动.2002(1):51
30 吴华彬.PLC控制技术在工程船舶上的应用.水运工程.1996(8):97～101
31 张祖培.船用液压马达的选用与常见故障排除.机电设备.1997(3):32～35
32 贺金川,李红.比例式减压阀的应用.基建优化.1999(1):50～52
33 叶荣科.先导式三通减压阀及其应用.液压与气动.1999(3):22～24
34 吴政.减压阀流量压力特性的分析与探讨.阀门.2002(2):17～18
35 潘莹.减压阀性能及其分析方法.镇江高专学报.1998(6)
36 权龙,郁凯元,路勇祥.用压力直接检测原理改善三通比例减压阀的性能.
37 权龙,李风兰,王文平.基于SIMULINK的电液控制系统通用仿真软件.液压气动与密封.2001(6):11～13
38 郁凯元,路勇祥,权龙.三通先导比例减压阀的研究.
39 黄卉,程顺.电液比例阀控位置系统的计算机仿真.现代机械.2000(4):12～14
40 黄卉.比例阀控位置系统的参数优化设计.肇庆学院学报.2002(2):32～34
41 尹妍萍,李天石,王成都.比例减压阀数学模型辨识.机床与液压.2001(3):40
42 苏东海,李宏,李巍.比例流量阀控制非对称液压缸同步的仿真分析.机床与液压.2003(4):164～166
43 黄卉.关于比例阀控非对称缸系统的建模问题.机床电器.2000(3):4～6
44 何善君.基于PLC通信网络技术的双缸水闸液压启闭控制系统的建模、远程监控 和故障诊断.硕士论文.2002.1
45 应秀华.阀控液压电梯单片机速度控制系统的研究.硕士论文.2002(3)
46 王士刚.液压系统可视化动态建模技术及其软件实现方法研究.博士论文.2001.9
47 高俊斌.Matlab5.0语言与程序设计.华中理工大学.1998
48 张宜华.精通Matlab5.0.清华大学出版社.1998
49 张志涌.精通Matlab5.3.北京航空航犬大学出版社.2000
50 牛险峰.比例阀的应用.重型机械科技.2004(1):51～53