大型开沟铺管机自动控制系统的研制

为了解决1KPZ-250型开沟铺管机自动控制系统中的关键问题,在分析其工作原理和基本结构的基础上,将液压驱动技术、电液调控技术、传感器技术、GPS技术、人机环境工程模块化技术等应用到机器中,提出了车体姿态、自动行走和开沟深度的自动控制方法,并总体设计了开沟铺管机的车体自动调平控制系统、自动导航控制系统和激光高程控制系统。研究结果表明,该系统的动态品质较好,当车体倾斜时能自动将其调节到水平位置;机器能够按照预定的路径实现自动导航,偏航误差控制在±10 cm以内;开沟铺管的高程误差可控制在±20 mm以内,能够满足控制系统的要求。

开沟铺管机自动导航系统设计与试验

为了提高开沟铺管机智能化水平,解决开沟铺管直线作业精度要求高的问题,将计算机测控技术与GPS导航技术相结合,设计了开沟铺管机自动导航控制系统。由GPS、姿态传感器和行走速度信息融合系统测量开沟铺管机实际运行轨迹,自动导航系统控制转向和自动调速,达到跟踪给定航线的目的。针对开沟铺管机履带式行走机构的特点,设计了左右履带行走速度控制与监测系统,采用模糊控制方法,构建了开沟铺管机转向闭环控制系统。田间自动导航试验结果表明,在GPS采用RTK定位方式,车辆行进速度不大于0.4m/s时,直线跟踪误差小于10 cm,自动导航系统能满足开沟铺管作业精度的要求。

基于RTK-BDS的无沟铺管机作业高程控制系统研究

针对农田铺管装备采用传统激光高程控制技术控制精度低、适应性差的问题,设计了基于载波相位实时动态差分北斗卫星定位系统(RTK-BDS)的无沟铺管机高程控制系统。该系统以RTK-BDS为核心,以V型犁式无沟铺管机为作业对象,采用多模型UKF多传感器信息融合算法获取高精度海拔高度信息;利用多模态模糊PID算法控制高程油缸,从而满足犁头按照指定坡降指标工作的需求。田间试验表明,多模型UKF算法较无迹卡尔曼滤波(UKF)、粒子滤波的滤波效果更好,其波动幅度降低至0.885 cm,均方差降低至0.040 cm,多点相对误差在±0.2 cm之内;不同坡降高程控制的控制误差均在±2 cm之内,平均误差小于1 cm,满足无沟铺管机的作业需求。

1KPZ-250型开沟铺管机GPS自动导航系统设计

以1KPZ-250型开沟铺管机为试验平台,采用RTK-GPS定位技术,进行农业机械自动导航试验。针对开沟铺管机液压驱动,履带式行走机构的特点,设计了左右履带行走速度控制与监测系统,实现了开沟铺管机行走自动控制。根据GPS接收机与车载传感器获取车辆姿态信息,采用PID控制方法,构建转向闭环控制系统,实现开沟铺管机的自动对行导航,并进行了开沟铺管机田间导航跟踪试验。试验结果表明,在开沟铺管机对行导航作业中,车辆行进速度不大于0.5m/s时,对行跟踪误差小于10cm,完全可以满足开沟铺管作业精度要求。

温室用渗灌管铺管机的研制及试验研究

研制了一种用于温室铺设渗灌管的铺管机,其主要由卷扬机和铺管器构成,由拖拉机提供动力。对铺管机的试验结果表明,其基本上满足设计要求,作业速度均匀,能够实现温室铺设渗灌管的目的;但是铺管深度一致性与铺管直线性较差,结构有待于进一步改进。

V形犁式无沟铺管机牵引力需求

V形犁式无沟铺管机结构简单、施工效率高、成本低,是黄河冲积平原适宜的暗管施工装备,其牵引力需求与暗管埋深的关系是整机设计的理论基础。该研究基于V形犁式无沟铺管机结构与原理,通过分析犁具工作阻力与履带行驶阻力,构建牵引力需求力学模型。结合现场特定的土壤物理性质,采用有限元与光滑粒子流体动力学耦合法,完成显式动力学仿真,得出暗管埋深为0.4、0.6、0.8、1.2和1.6 m时的犁体工作阻力分别为35.65、55.71、111.06、201.80和313.22 kN,回归结果验证了理论分析。结合机器传动系统特点,通过检测牵引功率和车速获取不同埋深作业时的牵引力大小,基于中心复合设计方法开展牵引力试验研究。试验结果表明,暗管埋深与其平方项对牵引力需求的影响显著(P<0.001),作业速度及其与埋深交互项影响不显著(P>0.05);犁体工作阻力的试验与仿真回归模型的最大相对误差不超过20%,表明仿真结果真实可信。研究方法与结论可为针对不同土壤条件、不同管径和不同埋深,研发V形犁式暗管铺设机器提供设计参考。

无沟铺管机北斗导航控制系统设计与试验

针对因田间土壤质地不均匀或表面高低不平,无沟铺管机出现行驶偏摆而导致管道铺设弯曲的问题,设计了基于载波相位差分技术的北斗定位系统(Real Time Kinematic-BeiDou Navigation Satellite System,RTK-BDS)的导航控制系统。采用多模态控制策略,通过传感器检测无沟铺管机工作时的左、右行走马达速度,车辆实际平均车速,发动机功率和两侧行走泵的压力等状态参数,并输入到后向反馈(Back Propagation,BP)神经网络,预测铺管机当前状态分类,使用选择器选择模态控制参数,采用自适应比例-积分-微分(Proportion-Integral-Differential,PID)控制算法进行导航控制。经过田间试验,获取铺管机的模态控制参数和BP神经网络训练样本。导航控制系统上线试验结果表明,导航控制横向超调量为4.58 cm,最大横向误差在±4 cm范围内,平均横向误差在±1.5 cm范围内,能够满足铺管机直线性作业要求。

开沟铺管机高程主控臂轻量化设计

高程主控臂是开沟铺管机执行机构中的关键部件,其结构强度决定整机运行可靠性,质量大小影响高程控制响应速度。结合实际作业工况,基于有限元方法,通过静力学分析、瞬态动力学分析得到高程主控臂力学特性。基于力学特性,通过定义设计变量、约束条件及优化目标,对高程主控臂结构进行尺寸优化。结果表明,优化前的结构稳定性偏于保守,远高于设计使用需求,优化后的结构虽然减小了板厚,但通过数据分析对比,结构抗失稳系数依旧保持在合理范围内,证明结构优化合理。研究方法与结果为开沟铺管机高程主控臂的结构设计提供了参考。

无沟铺管机水平状态检测方法研究

V形犁式无沟铺管机为暗管排水控盐技术提供强有力的工程支撑。为解决无沟铺管机在施工时会出现以较快速度倾斜,导致挂载架摆动幅度偏大,而引起挂载架后下控制臂水平检测精度降低的问题,通过分析无沟铺管机组成结构及控制机构数学模型,提出了一种基于风险控制的自适应补偿水平检测方法。该算法使用Kalman滤波算法得到车架的水平倾角和挂载架后下控制臂的水平倾角两组检测值,通过无沟铺管机的控制结构特性,确定两组水平倾角的关系,然后利用后下控制臂纵向加速度,对后下控制臂水平检测准确性进行风险评估,根据评估的风险对该两组检测值进行自适应加权,获取较精确的水平倾角信息。经过静态检测试验表明了该方法前后方向最大波动幅度为0.858°,左右方向最大波动幅度为0.778°,能够满足无沟铺管机的检测需求;经过动态检测试验表明了该方法能够比原始方法提前10.8 s得到有效的目标倾斜角度,且检测的倾角与目标角度最大波动量为0.69°,波动范围较小,提高了后下控制臂动态水平检测精度和速度。

开沟铺管机行走与开沟系统设计和功率匹配研究

该文通过计算和分析开沟铺管机行走系统,推导出液压行走系统扭矩-速度-液压系统效率曲线图和关键点。依照开沟铺管机的作业工况,设计了液压行走系统电控方案。探讨发动机与液压行走系统的功率匹配方案。根据开沟系统功率计算公式,分析影响开沟功率的因素。结合液压驱动和开沟系统与发动机功率和扭矩的曲线图,在进一步探讨驱动和开沟系统的功率分配原则的基础上,得出功率分配方案框图,为链式开沟铺管机的设计使用和动力系统匹配提供一定的参考和借鉴。

无沟铺管机执行装置设计

针对应用于河套平原盐碱地生态治理工程的无沟排盐暗管铺设机的执行机构进行研究设计,结合实际作业过程中结构面临的问题,通过Recur Dyn动力学分析以及ANSYS静力学分析,得到了执行机构的动力学特性、振动特性和静力学特性。通过设计结构强度与仿真分析强度的对比,验证了设计结构的合理性及可行性。通过模态分析,为后续装配样机部分结构在田间作业的振动冲击性能试验提供理论分析基础。此研究为提升整机的使用性能、降低整机试验成本提供了一定的参考与借鉴。

新型开沟铺管机行走机构优化设计

本文以开沟铺管机独立行走机构为主要研究对象,针对传统开沟铺管设备工作环境适应性差,工作环境要求高等问题,对传统开沟铺管设备行走机构的结构和其组成部件进行优化设计并进行强度校核。首先,对开沟铺管机的行走系统进行分析得到其相应的改进方案;其次,利用计算机辅助设计软件对现有的开沟铺管机行走机构进行建模并得到其相应的CAD模型,利用优化设计软件ANSYS等对该CAD模型进行优化,以满足行走机构的使用环境要求;最后,通过Pro/E对优化后的行走机构进行重新的建模、装配、模拟仿真,利用ANSYS对优化后的行走机构的结构进行有限元分析,采用有限元法对行走机构的主要部件进行全面静力分析,为开沟铺管机行走机构的结构优化设计提供充分的理论基础。

沃尔沃建筑设备铺管机荣获新技术二等奖

9月份，在旧金山举行的一年一度的国际管道和海洋承包商（IPLOCA）协会大会上，沃尔沃新的PL4608铺管机荣获新技术奖二等奖。 由石油巨头BP赞助的新技术奖，旨在表彰该领域中的重大成就，根据评审委员会的鉴定，每隔一年颁发给为越野管道铺设的创新工作做出重大贡献的IPL0cA会员或者协会会员。沃尔沃是IPLOCA的协会会员。

沃尔沃铺管机荣获IPLOCA新技术二等奖

2009年9月，在旧金山举行的一年一度的国际管道和海洋承包商（IPLOCA）协会大会上，沃尔沃最新的PL4608铺管机荣获新技术二等奖。

沃尔沃建筑设备铺管机荣获新技术奖

日前,沃尔沃基于挖掘机的PL4608型铺管机在国际管道和海洋承包商（IPLOCA）协会大会上荣获新技术二等奖。该奖项两年一评,专门颁发给为越野管道铺设的创新工作做出重大贡献的IPLOCA会员或者协会会员,旨在表彰其为该领域做出的重大成就。

我国首个直铺管穿越工程贯通——打通陕京四线“咽喉”填补国内穿越空白

中国石油网报道,3月22日21时08分,随着铺管机主机被缓缓吊装出竖井,管道局承建的陕京四线无定河直铺管穿越工程顺利贯通,直铺管穿越技术首次在我国大型长输管道建设中应用并取得成功。陕京四线天然气管道工程是我国“西气东输”战略通道的延伸,对于增加华北地区天然气供应量、提升冬季调峰供气能力、治理大气污染等意义重大。

宁夏银北灌区暗管排水关键技术的引进

总结了水利部“948”计划项目“宁夏银北灌区暗管排水关键技术引进”近两年来的执行情况,以及美国T555型开沟铺管机引进的必要性和该机器于银北灌区在暗管排水技术示范推广中所起的关键作用.结合银北灌区的实际和本项目推广示范的要求,在银北惠农县团结村建立了200hm2左右的示范区,并按不同暗管布局将该示范区分割成5个试验区,在每个试验区内连续观测农田地下水位动态变化、土壤含水量和含盐量等.在分析现场观测资料的基础上,对不同埋深和间距的暗管布局,在防渍、防盐效果方面作了初步比较,并对暗管排水的增产效果及其经济效益也作了分析.所取得的试验数据和成果对示范区今后现场观测及暗管排水技术的全面推广都具有重要的参考价值.