ENERGY-SAVING MATCHING STRATEGY AND EXPERIMENTAL STUDY OF PUMPING SYSTEM FOR TRUCK-MOUNTED CONCRETE PUMP

Aiming at the high fuel consumption and use-cost of truck-mounted concrete pump , an energy-saving matching strategy of pumping system is presented and the experimental study is conducted.Since pumping system occupies most resources of engine , the matching strategy between engine and main pump is analyzed to meet the load demand and reduce the engine rational speed drop.The testing method is established to measure the fuel consumption of engine under various working conditions , and the experimental data are analyzed to find the law of the fuel consumption of engine.The system performance can be improved by adjusting the system input value.Finally , the energy-saving matching strategy is established to reduce the fuel consumption of truck for unit workload , which provides a new approach for the energy-saving of truck-mounted concrete pump.

泵车臂架虚拟样机仿真与压损优化

臂架液压系统是混凝土泵车的重要组成部分,用于输送混凝土和布料,目前存在压损过大的问题。借助AMESim与Simcenter 3D Montion软件建立62 m泵车臂架虚拟样机模型,经实验验证该虚拟样机与实际系统具有90%以上的契合度。利用臂架虚拟样机研究系统的动态特性,揭示系统的压力分布,分析系统压损过高的原因,可知主要压力损失集中在平衡阀与长液压管路,提出3种降低压损的方案。以臂架管路通径优化为例,进行仿真分析与优化,并通过实验验证了管路通径优化效果。由仿真和实验结果可知:五臂倒钩收回工况下,将臂架长管路通径由8 mm增大至10 mm,可使小腔侧管路压力损失降低50%,大腔侧管路压力损失降低60%,可有效降低系统压力。

数据驱动的混凝土泵车臂架疲劳载荷谱编制

为对混凝土泵车进行疲劳分析,利用大数据分析技术,提出了一种数据驱动的混凝土泵车臂架疲劳载荷谱编制方法。通过分析臂架倾角和夹角定义了混凝土泵车典型作业姿态。根据所选取的典型作业姿态进行载荷信息采集,并对采集到的原始信号进行了数据预处理,以提高数据质量,令之后的疲劳载荷谱编制更具可靠性。采用参数法对测试载荷谱的幅值分布进行了参数估计和外推,以获得全寿命周期下的载荷谱,并用强化后载荷谱进行了疲劳验证。通过对300多台某型号混凝土泵车所采集到的大量数据进行试验验证了所提方法的可靠性和工程实用性。该研究成果为混凝土泵车多关节臂架结构疲劳载荷谱编制提供了参考。

基于联合仿真的泵车臂架结构拓扑优化设计方法

混凝土泵车是一种高效的建筑机械设备,常应用于各种复杂的现场工作,臂架系统作为混凝土输送装置的重要组成部件,在工程施工中扮演着关键角色。文中通过对混凝土泵车臂架的研究,提出了一种混凝土泵车臂架的拓扑优化方案。以某新型混凝土泵车6节臂架为研究对象,利用ADAMS对泵车臂架的三维模型进行刚柔耦合分析,研究臂架结构的展开过程中的每节臂架节点应力随角度变化的关系,得到每节臂架的应力最大处的角度,将此角度作为优化的角度,将此时销轴孔力作为边界条件并展开优化。以强度刚度作为响应约束条件,以质量最小为目标优化得到一种材料最优分布的优化方法,并为臂架系统的设计和拓扑优化提供理论指导。

基于姿态监测的混凝土泵车防倾翻控制技术

通过对混凝土泵车的受力分析,得到支腿非全伸工况下的臂架安全作业区域。通过臂架姿态及支腿位置的实时检测和分析,实时评估设备的臂架作业安全性,开发了基于臂架姿态监控的混凝土泵车主动防倾翻控制系统,实现了任意工况下的整机稳定性判定和防倾翻控制。试验结果表明:该系统可在不同的支腿非全伸工况下,实时监控设备的操作安全性,设置二级安全边界进行防倾翻控制,准确干预臂架操作,平均控制精度达95.3%,使整机重心始终落在安全区域,大幅提升作业安全性和场地适应性。

基于自抗扰控制的混凝土浇筑轨迹跟踪控制

为实现混凝土泵车高性能浇筑轨迹跟踪控制,抑制浇筑过程中由于混凝土泵送、风力等干扰对浇筑轨迹跟踪的影响,研究了混凝土泵车臂架系统的数学建模、浇筑轨迹跟踪控制问题。在分析臂架系统组成并建立连杆坐标系的基础上,应用拉格朗日方法建立了臂架系统的动力学模型。建立了泵送过程中混凝土与各臂架之间的摩擦力以及作用于臂架系统末端反向冲击力的数学模型。考虑混凝土泵送以及外部不可测量、不可预期的干扰作用于混凝土泵车臂架系统的情况,设计自抗扰控制(ADRC)方法。仿真结果表明,所设计的ADRC方法,对混凝土泵送干扰以及外部不确定干扰具有较好的抑制作用,实现了混凝土泵车臂架系统末端快速高精度轨迹跟踪控制,满足混凝土浇筑要求。

基于伪距离的混凝土泵车臂架避障运动控制研究

针对混凝土泵车臂架末端避障和臂架关节限制问题,提出一种基于伪距离的泵车臂架避障方法。运用超二次曲面函数表示空间障碍物,采用伪距离作为臂架与空间障碍物的接近程度指标。基于最小伪距离判别指标,对泵车臂架赋予一个避障速度,并对传统梯度投影算法进行改进,在避免关节运动超过关节极限位置的情况下实现泵车臂架的安全避障,同时保证避障过程的平稳性和臂架末端的轨迹精度。仿真及半物理实验验证了该算法在混凝土泵车臂架避障过程中的有效性,且能完成空间多障碍物避障。

混凝土泵车臂架实验台数值仿真和振动特性

针对泵车臂架末端运动轨迹确定和动力学求解困难的问题,建立泵车臂架实验台刚体模型;采用模态缩减技术对臂架柔性化,建立臂架系统的多柔体模型,然后利用虚拟弹簧阻尼法建立四节臂液压驱动油缸的等效模型,研究臂架系统臂、连杆、铰之间的运动学、动力学规律,对比分析臂架系统刚体模型、柔体模型和加液压油缸等效柔体模型的末端位移、液压缸运动受力以及整体臂架系统的第一阶固有频率。研究结果表明:臂架柔体模型运动停止后存在振动衰减的过程,其末端位移量比刚体模型增大数倍,柔性体液压缸关键部位的受力比刚体模型也大幅增加,第一节臂对整体末端振动位移的贡献最大,液压油缸的等效分析对固有频率值的影响较大。最后通过臂架实验台验证了建模和分析方法的正确性,为臂架系统低频振动抑制、轨迹规划和疲劳分析提供参考。

混凝土泵车臂架系统振动分析与实验

应用解析法对52m长混凝土泵车的五节臂系统进行振动特性分析。采用拉格朗日第二类方程和假设模态法建立了臂架系统的柔性多体动力学方程,基于建立的柔性模型对臂架系统进行了模态分析,并应用MATLAB软件对模态进行了数值求解,得出了臂架系统的前10阶固有频率及振型,并分析了不同的臂架参数对臂架系统固有频率的影响,最后通过现场测试实验对理论固有频率进行了验证。研究结果为臂架结构的进一步优化及系统振动的控制提供了理论依据。

长臂架混凝土泵车转台优化设计

优化长臂架混凝土泵车转台结构不仅能提高转台的焊接工艺性,减少重量,也为转台的混凝土管路布置优化创造了条件。将转台内部混凝土管路移至转台外面,不仅能减少混凝土管路的装配拆卸难度,提高工作效率,也能提高可维护性。在转台结构优化的基础上,根据现有混凝土直管、弯管的规格,设计多种混凝土管路的布置方案,并对比分析计算各种管路布置方案的泵送阻力,得到最优的混凝土管路布置方案。

泵车臂架系统的力学性能研究及结构改进

以42 m混凝土泵车臂架系统为研究对象,建立臂架系统的三维实体模型,分析其最危险工况下的受力情况,采用标准接触对模拟臂架系统的连接,通过有限元计算得到臂架系统的危险部位。在此基础上,对其危险部位的结构进行改进,即在1#弯板两侧加焊补强板,并对改进后的结构进行对比分析。结果表明,1#弯板处应力明显下降,最大应力减幅达到16.96%,实际使用中改进效果良好,可将该改进结构引入泵车臂架系统的设计中。

基于遗传算法的混凝土泵车全局功率匹配

针对混凝土泵车作业效率低、能源消耗大的问题,提出了基于发动机燃油消耗率和液压泵效率的全局功率匹配方案。利用数理统计方法对负载变化规律进行了归纳和总结。通过台架试验绘制出柴油发动机的燃油消耗率曲线。对液压泵进行效率试验,找出其在不同压力、转速和排量下的高效工作区。基于遗传算法实现了发动机燃油消耗率和液压泵效率的组合优化,对发动机转速和液压泵排量进行联合调节,使输出控制指标随负载工况的变化而实时自适应地变化,确保各组成部件同时工作于高效区。混凝土泵车新、旧功率匹配方案油耗对比试验表明,新匹配方案相比于旧方案综合节油率可达16%,取得了较好的节能效果。

混凝土泵车臂架布料机构及其运动学仿真方法的研究

针对混凝土泵车臂架布料机构特点,对其进行了折叠方式分析,研究了臂架布料杆倍角运动机构,实现了布料机构位姿仿真,给出了包络图形成机制·

长臂架混凝土泵车高压泵送油缸油口支座结构优化及对比分析

针对某型号长臂架混凝土泵车高压泵送油缸油口支座焊缝开裂的现象,分析了油口支座的结构特点,提出了新的油口支座结构优化方案。在ABAQUS软件中对改进前后油口支座焊缝的应力进行有限元强度对比分析;采集泵送油缸工作时的实际载荷谱,在FE-SAFE软件中对改进前后油口支座焊缝的疲劳寿命展开疲劳仿真对比分析。油口支座改进前后等效应力云图及疲劳寿命云图显示:支座结构形式的改进不仅能改善支座焊缝的应力分布,降低焊缝的应力值,而且能显著提高支座焊缝的疲劳寿命,在实际使用中效果良好。

混凝土泵车布料臂架系统多体动力学仿真

运用多体动力学理论和方法,建立一种混凝土泵车布料臂架系统动力学仿真模型,应用仿真模型对布料臂架系统进行了仿真研究,得出了该臂架系统各组成构件之间铰点的作用力变化规律,为布料臂架系统组成构件的结构参数设计提出了依据,尤其是为臂架系统连接件的应力应变疲劳寿命的评估分析以及关键结构件的最优化设计给出基本数据,这一研究为开发布料臂架系统虚拟样机打下基础.

混凝土泵车臂架结构的受力分析

将混凝土泵车臂架的自重视为均布载荷,并且考虑混凝土输送管和其内部混凝土的重量(下文简称"管力"),使得臂架结构受力更加逼近实际情况.针对实际设计中处理臂架重量和管力的情况,首先利用力学和数学知识对其进行数学建模,再利用有限元法和解析法分四种情形进行求解,得出四种情形下各节臂铰接点所受弯矩、剪力和铰支力.比较两种方法的计算结果,分析相对误差,以评价数学模型的准确性,为进一步合理设计混凝土泵车臂架结构提供参考.

基于模糊理论的混凝土泵车臂架系统稳健设计

将稳健设计中的损失模型法和模糊数学中的综合评判方法应用于混凝土泵车臂架系统设计中,以臂架系统质量和所占空间体积为性能指标,同时考虑强度、局部稳定性等约束条件,对臂架系统进行了稳健设计,通过实例验证了该方法的正确性。

混凝土泵车臂架回转系统动力学分析及预测

针对混凝土泵车臂架回转系统的振动性能,基于多体动力学理论建立包括回转齿轮啮合驱动的臂架刚柔耦合动力学模型,对其动态特性和振动响应进行动力学预测分析。动力学仿真求解和试验测试结果表明,仿真模型与试验样机的固有频率误差为4%左右,阻尼比误差为13%,臂架末端横向振动位移曲线基本吻合,验证了动力学模型和仿真结果的准确性和有效性。通过对典型姿态下臂架回转系统的动力学预测,得到臂架在水平、弓形和L形姿态下的末端横向振动位移的最大幅值分别为1 300 mm、980 mm和244 mm;振动衰减时间分别为50 s、55 s和62 s;横向振动阻尼比分别为0.026 7、0.02和0.01;横向振动固有频率分别为0.224 6 Hz、0.253 9 Hz和0.302 7 Hz;预测分析结果为臂架的减振研究提供理论依据。

基于Modelica语言的泵车臂架系统举升过程仿真

混凝土泵车臂架系统是涵盖机械、液压、控制等多领域的复杂物理系统。以Modelica/MWorks为建模平台,对臂架系统进行了模块化拆解,采用参数化建模方法构建了各个元件的模型,然后通过这些元件搭建了臂架仿真模型并进行了动态仿真。仿真结果表明:液压冲击对臂架稳定性有着重要影响,PD(比例微分)控制系统对液压冲击有着较好的抑制。研究结果可为臂架系统的设计提供一定的参考。

基于刚柔混合模型泵车臂架谐响应振动的研究

主要研究了混凝土泵车输送管在周期性载荷作用下造成泵车臂架系统的谐响应振动问题。采用刚-柔耦合模型理论对某型号的泵车臂架系统创建虚拟样机模型,首先在Ansys中生成模态中性文件,然后将该文件导入ADAMS软件生成刚-柔耦合虚拟模型并进行谐响应动力学仿真分析。仿真分析结果表明臂架系统的1阶模态振动频率为0.71Hz,在X和Y方向上,1阶模态的位移频率响应幅值最大;臂架系统的2阶模态振动频率为0.89 Hz。臂架系统的2阶模态Z方向的振动位移和加速度同时达到最大。