河道根石智能化探測系統(tǒng)設(shè)計及仿真研究.pdf

1、河道水下根石探測一直都是黃河防洪中急需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題，本課題旨在研究開發(fā)一種機(jī)動靈活、高效、準(zhǔn)確、使用安全方便的新型水下根石探測技術(shù)裝備，借助非接觸式探測技術(shù)和機(jī)、電、液一體化控制技術(shù)來提高根石探測的科技水平和防汛搶險預(yù)案的有效性，保護(hù)人民生命財產(chǎn)安全，保障經(jīng)濟(jì)建設(shè)成果。 在對濟(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系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。河道根石探測系統(tǒng)探測臂的伺服控制是課題研究的重點，只有滿足換能器沿水平面勻

2、速直線運動，才能保證探測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的反映水下根石的分布情況。課題對探測臂和變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，滿足根石探測對機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的性能要求；利用ADAMS和MATLAB軟件的無縫連接實現(xiàn)探測系統(tǒng)伺服控制的動態(tài)仿真，滿足根石探測對液壓控制部分的性能要求。 對河道根石探測系統(tǒng)伸縮臂和變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析計算，應(yīng)用MATLAB優(yōu)化工具箱對油缸和支撐鉸點進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。以變幅過程液壓缸的壓力和伸縮臂危險截面的彎矩為目標(biāo)函數(shù)，建立了變幅機(jī)構(gòu)三鉸點位置

3、優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，利用線性加權(quán)法為多目標(biāo)優(yōu)化問題構(gòu)建了統(tǒng)一的目標(biāo)函數(shù)。通過優(yōu)化分析，獲得了變幅機(jī)構(gòu)三鉸點位置的優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，得出優(yōu)化后變幅過程液壓缸的最大工作壓力和伸縮臂危險截面的最大彎矩值，改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足根石探測作業(yè)對機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能要求。 探測系統(tǒng)機(jī)械模型采用布爾運算簡化結(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約束副，油缸和支撐鉸點處添加轉(zhuǎn)動約束副，不影響仿真運動結(jié)果的零件施加

4、固定約束副來簡化樣機(jī)模型的自由度和計算量。利用ADAMS動力學(xué)和運動學(xué)仿真功能真實的模擬探測臂在動力和外負(fù)載作用下的運動情況，通過修改仿真參數(shù)不斷完善樣機(jī)設(shè)計，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，通過探測臂運動方程聯(lián)立導(dǎo)出閥控缸的傳遞函數(shù)，利用MATLAB分析其動態(tài)特性從而建立探測系統(tǒng)的液壓控制模型。聯(lián)合仿真的輸出狀態(tài)變量通過ADAMS的Measure傳感器獲得。Measure傳感