液压打桩机自动落锤控制系统设计研究

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1、中南大学本科生毕业论文 目录 目 录 摘 要I ABSTRACT II 第 1 章 绪论.1 1.1 桩及桩工机械.1 1.1.1 桩基础.1 1.1.2 桩工机械.1 1.2 电液比例控制技术概况.2 1.2.1 电液比例控制技术的发展背景及特点.2 1.2.2 电液比例控制系统的分类.3 1.2.3 电液比例控制技术的发展现状及趋势.4 1.3 选题背景及意义.5 1.4 论文研究的主要内容.5 第 2 章 液压打桩机自动落锤控制系统方案探讨.6 2.1 打桩过程落锤控制要求.6 2.1.1 安全性要求.6 2.1.2 速度要求.7 2.1.3 经济性要求.7 2.2 泵控落锤系统方案计算

2、.7 2.2.1 泵控落锤系统液压原理图.7 2.2.2 元件选型列表及验算.9 2.2.3 泵控落锤系统不合理性分析.14 2.3 节流阀在自动落锤控制系统中的应用.15 2.3.1 节流阀工作原理.15 2.3.2 节流阀的结构型式特点与类型.15 2.3.3 节流阀的研究历史成果.16 2.4 本章小结.16 第 3 章 自动落锤控制系统的设计.17 3.1 自动落锤控制系统设计的主要内容.17 3.2 自动落锤控制系统工作原理及组成.17 3.2.1 自动落锤控制系统结构.17 3.2.2 电液比例控制系统组成.17 3.2.3 自动落锤控制系统液压原理图.19 3.3 电液比例节流阀

3、设计选型.19 3.3.1 电液比例节流阀的可行性分析.19 3.3.2 电液比例节流阀计算选型.20 3.3.3 电液比例节流阀各部件说明.21 3.4 定差补偿控制器设计选型.27 3.4.1 定压补偿控制器型号及说明.27 3.4.2 减压阀剖面图及功能分析.27 3.5 控制系统基本参数的设定.28 3.6 外环反馈所需元件选型.30 3.7 本章小结.31 第 4 章 自动落锤控制系统控制特性分析.32 4.1 液压系统控制特性分析与参数优化.32 4.1.1 液压系统控制特性分析方法.32 4.1.2 液压系统参数优化目标.32 4.1.3 液压系统优化步骤.33 中南大学本科生毕

4、业论文 目录 I 4.2 系统建模.33 4.2.1 比例放大器建模.33 4.2.2 电液比例节流阀的建模分析.34 4.2.3 液压马达传递函数建立.34 4.2.4 速度传感器传递函数.36 4.2.5 系统的总传递函数.36 4.3 自动落锤控制系统仿真.36 4.3.1 仿真软件简介.36 4.3.2 系统动态方程参数的计算与估计.38 4.3.3 传递函数的确定.40 4.3.4 系统仿真结果分析.40 4.4 本章小结.43 第 5 章 经济性分析.44 第 6 章 总结.45 结 束 语.46 参考文献.47 附录 电液比例节流阀技术资料.48 附录 比例减压阀技术数据.50

5、附录 仿真程序.51 附录 仿真结果.53 附录 英文原文.55 附录 中文译文.66 中南大学本科生毕业论文 摘要 摘 要 液压打桩机是一种应用广泛的桩工机械。针对打桩过程中断桩这一工程实际问题，论文 提出了对落锤控制系统的要求。经计算，文章得出传统泵控落锤系统能量消耗很大的结论， 需要对落锤控制系统另行设计研究。本文使用了电液比例节流阀来解决落锤控制的问题。根 据电液比例节流阀的特点论证了解决问题的可行性；分析了整个系统的工作原理，得出自动 落锤控制系统的实质是控制回油管路中的最大流量的结论。电液比例节流阀的设计研究是自 动落锤控制系统的核心部分。通过对流量限制的分析，进行了电液比例节流阀

6、的选型；根据 Rexroth Bosch 公司所提供的技术数据，电液比例节流阀和减压阀的静态特性曲线等，论文 对其中某些参数值进行了设定；对电液比例节流阀每部分的工作原理作了介绍；根据电液比 例节流阀的工作原理与动态微分方程，进行了动态特性分析和计算机数字仿真，并对控制系 统参数进行了优化。 关键词：液压打桩机；自动落锤控制系统；电液比例节流阀；动态特性分析；计算机仿真 中南大学本科生毕业论文 ABSTRACT ABSTRACT Hydraulic pile driver is a widely uesd piling machinery.To solving the actual proje

7、ct problem of pile broken during pile driving,we make requests to the control of drop-hammer.In this paper, we have caculated the energy consumption of traditional pump-control drop-hammer system is very great,so we need to design and study the drop-hammer control system in other filed.In this paper

8、,we use the electro-hydraulic proportional throttle control to solve the problem of drop- hammer.According to the characteristics of Electro-hydraulic proportional throttle valve,we demonstration the feasibility of problem solving; After analysing the working principle of the whole system,we reach t

9、he conclusion the substance of the mandate of automatic drop-hammer control system is to control the maximum of the flow through the pipeline to the tank.The design and research of Electro-hydraulic proportional throttle valve is the core of the automatic drop-hammer control system.Though analysis o

10、f restrictions on the flow,we carried out the selection of electro- hydraulic proportional throttle valve.According to the technical data provided by Rexroth Bosch company and the static characteristic curve of electro-hydraulic proportional throttle valve and pressure relief valve,the paper have se

11、t the value of certain parameters. Every part of the working principle of electro-hydraulic proportional throttle is described. In accordance with the working principle and dynamic differential equations of electro-hydraulic proportional throttle valve, the dynamic characteristic analysis and comput

12、er simulation were done, and the parameters of control system were optimized. KEY WORDS：Hydraulic pile driver；Automatical drop-hammer control system；Electro- Hydraulic proportional throttle valve；Dynamic performance analysis；Computer simulation 中南大学本科生毕业论文 第 1 章 绪论 0 第 1 章 绪论 1.1 桩及桩工机械 1.1.1 桩基础 桩基

13、础是一种古老、传统的基础型式，也是一种应用广泛、发展迅速、生命力很强的基 础型式。远在中国的汉代(公元前 200 年)的桥梁建设者就使用了木桩。在英国，由罗马人修 建的桥梁工程及河滨住宅中有许多木桩的实例。中世纪，在东安格里亚(East Anglia)沼泽地 区修建的大修道院基础中，用过橡木和赤扬木桩1。桩基础由基桩和联接于桩顶的承台共同 组成。它的特点如下： （1）桩支承于坚硬的（基岩、密实的卵砾石层）或较硬的（硬塑粘性土、中密砂等） 持力层，具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担高层建筑的全部竖向荷载（包 括偏心荷载）。 （2）桩基具有很大的竖向单桩刚度（端承桩）或群刚度（摩擦桩）

14、，在自重或相邻荷 载影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。 （3）凭借巨大的单桩侧向刚度（大直径桩）或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能 力，抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载，保证高层建筑的抗倾覆稳定性。 （4）桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土 层液化与震陷的情况下，桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保 高层建筑的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。常用的桩型主要有预制钢筋混凝土桩、预应 力钢筋混凝土桩、钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、钢管桩等，其适用条件和要求在 建筑桩基技术规范中均有规定。 1.1

15、.2 桩工机械 图 1-1 桩工机械分类 1. 桩工机械分类如图 1-1 所示。 中南大学本科生毕业论文 第 1 章 绪论 1 桩工机械主要用于各种桩基础、地基改良加固、地下连续墙及其它特殊地基基础等工程 的施工。其主要特点：一是要面对各种复杂的地质条件，二是伴随着各种地基施工工法的诞 生而发展。目前各种基础的施工方法有 200 余种，因此桩工机械是多品种、多规格型号、专 用性较强、生产批量不大的一种建筑施工机械，主要包括预制桩施工机械和灌注桩施工机械 两大类。 2. 液压打桩锤发展现状 液压锤技术起源于六十年代，1964 年荷兰 HBG 公司(Hollcuds Betw Group)研究发展部 开始研究液压锤,1965 年试制成功了世界上第一台液压锤，1969 年制成 HBM 型液压锤，从 60 年代开始，荷兰 IHC 公司和 HBH HYDROBLOK 公司共同研制开发了液压锤。1976 年， 英国 BSP 公司研制成功 10 吨锤重的液压锤，日本日立建机(株)公司买进英国 BSP 公司的专 利并于 1979 年试制成功，开始投入实际使用，特别是 1983 年，液压锤被建设者的“建设技 术评定等级”所确认，因此进一步取得了普及推广，70 年代至 80 年代德国、前苏联、芬兰、 美国、瑞典等国家也先后制造了各种形