河道根石智能化探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真研究.pdf

1、河道水下根石探測(cè)一直都是黃河防洪中急需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題，本課題旨在研究開(kāi)發(fā)一種機(jī)動(dòng)靈活、高效、準(zhǔn)確、使用安全方便的新型水下根石探測(cè)技術(shù)裝備，借助非接觸式探測(cè)技術(shù)和機(jī)、電、液一體化控制技術(shù)來(lái)提高根石探測(cè)的科技水平和防汛搶險(xiǎn)預(yù)案的有效性，保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，保障經(jīng)濟(jì)建設(shè)成果。 在對(duì)濟(jì)南黃河典型壩體分析的基礎(chǔ)上，提出河道工程根石智能化探測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。河道根石探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)臂的伺服控制是課題研究的重點(diǎn)，只有滿足換能器沿水平面勻

2、速直線運(yùn)動(dòng)，才能保證探測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的反映水下根石的分布情況。課題對(duì)探測(cè)臂和變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足根石探測(cè)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的性能要求；利用ADAMS和MATLAB軟件的無(wú)縫連接實(shí)現(xiàn)探測(cè)系統(tǒng)伺服控制的動(dòng)態(tài)仿真，滿足根石探測(cè)對(duì)液壓控制部分的性能要求。 對(duì)河道根石探測(cè)系統(tǒng)伸縮臂和變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，應(yīng)用MATLAB優(yōu)化工具箱對(duì)油缸和支撐鉸點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。以變幅過(guò)程液壓缸的壓力和伸縮臂危險(xiǎn)截面的彎矩為目標(biāo)函數(shù)，建立了變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)位置

3、優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，利用線性加權(quán)法為多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題構(gòu)建了統(tǒng)一的目標(biāo)函數(shù)。通過(guò)優(yōu)化分析，獲得了變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，得出優(yōu)化后變幅過(guò)程液壓缸的最大工作壓力和伸縮臂危險(xiǎn)截面的最大彎矩值，改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足根石探測(cè)作業(yè)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能要求。 探測(cè)系統(tǒng)機(jī)械模型采用布爾運(yùn)算簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，受力部件鋼絲繩采用集中力代替柔性體施加到各節(jié)臂中，各節(jié)臂和變幅油缸添加移動(dòng)約束副，油缸和支撐鉸點(diǎn)處添加轉(zhuǎn)動(dòng)約束副，不影響仿真運(yùn)動(dòng)結(jié)果的零件施加

4、固定約束副來(lái)簡(jiǎn)化樣機(jī)模型的自由度和計(jì)算量。利用ADAMS動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真功能真實(shí)的模擬探測(cè)臂在動(dòng)力和外負(fù)載作用下的運(yùn)動(dòng)情況，通過(guò)修改仿真參數(shù)不斷完善樣機(jī)設(shè)計(jì)，為聯(lián)合仿真建立正確的機(jī)械樣機(jī)模型。 課題建立變幅油缸和電液流量伺服閥的傳遞函數(shù)模型，通過(guò)探測(cè)臂運(yùn)動(dòng)方程聯(lián)立導(dǎo)出閥控缸的傳遞函數(shù)，利用MATLAB分析其動(dòng)態(tài)特性從而建立探測(cè)系統(tǒng)的液壓控制模型。聯(lián)合仿真的輸出狀態(tài)變量通過(guò)ADAMS的Measure傳感器獲得。Measure傳感