在役管線檢測車舉升機(jī)構(gòu)有限元分析及控制策略研究.pdf

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(duì)遼河油田高壓注氣管道的一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目。它不僅具有深遠(yuǎn)的理論和學(xué)術(shù)價(jià)值，而且具有巨大的工程意義。 本課題針對(duì)在役管道檢測裝置中的檢測載體—檢測車舉升臂架進(jìn)行研究，它是能否實(shí)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(jī)構(gòu)) 為研究對(duì)象，采用 ANSYS 有限元分析軟件設(shè)計(jì)了舉升機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行了舉升機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模、軌跡

2、跟蹤模糊控制和控制系統(tǒng)仿真。 在舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(duì)工作臺(tái)離地間隙、上(下)臂長、作業(yè)臂截面等尺寸進(jìn)行初選定，計(jì)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(jī)構(gòu)在最大作業(yè)高度和最大作業(yè)幅度下施加載荷，對(duì)作業(yè)臂進(jìn)行有限元分析，得出了工作臂的應(yīng)力和變形圖，確定了危險(xiǎn)點(diǎn)并校核了強(qiáng)度和剛度。又通過對(duì)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(duì)應(yīng)力集中處，提出了

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

4、的動(dòng)力學(xué)模型；然后利用非對(duì)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(dá)的數(shù)學(xué)模型；最后兩者結(jié)合就得到考慮驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)影響的舉升機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型。舉升機(jī)構(gòu)的控制，就是通過控制液壓油缸、液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)力，使機(jī)械臂能按期望的運(yùn)動(dòng)路徑運(yùn)動(dòng)使工作斗達(dá)到精確的檢測位置。根據(jù)舉升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的特點(diǎn)，分別采用PID控制器和模糊控制器進(jìn)行軌跡跟蹤控制，研究工作中對(duì)一個(gè)二自由度機(jī)械臂進(jìn)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