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轮胎机械手及自动控制研究

李惠民  
【摘要】:随着矿山设备向大型化发展,矿用车辆轮胎也日趋大型化。维护和保养大型矿用车辆轮胎变得越来越重要。长期以来,大型轮胎拆卸,修理,安装的整个过程,只能依靠人力完成,而没有适用的机器,导致劳动强度大,作业安全无法保证,生产效率低。针对这一问题,我们设计了“轮胎机械手”,它极大地缩短了轮胎拆装时间,减小了劳动强度,提高了作业安全性,提高了设备的运行效率和生产力。 轮胎机械手的主要功能是实现矿山大型车辆轮胎的拆装和搬运。轮胎机械手可以安装在装载机或叉车上,利用装载机和叉车可以将物体举高的现有动作实现垂直地面方向的移动,轮胎机械手自身可以独立完成对轮胎的夹持、水平方向移动和两个方向的翻转动作以满足大型轮胎的拆装和搬运过程中所需的各种动作。 轮胎机械手使用液压动力源,要求在大负载条件下,工作机能够高效、平稳、准确地完成各种操控动作,并通过电液伺服控制技术实现整个系统的自动化控制。电液伺服系统是以电液驱动装置为驱动元件的伺服系统。电液伺服控制系统以反应速度快、控制精度高、动态性能好、功率重量比大及抗负载刚性大等优点,广泛应用于工程机械、冶金、军事、航空等行业中。 在轮胎机械手的控制系统中,手臂夹紧力的控制直接影响到机械手整个系统的性能。本课题采用基于常规PID控制器的电液比例压力控制系统实现手臂夹紧力的自动化控制。PID控制器具有原理简单,使用方便,适应性强,应用范围广,鲁棒性强等优点。因此,PID控制成为控制系统中最常采用的控制力法,在机电、冶金、机械、化工等行业中应用广泛。电液比例控制系统既有液压元件传递功率大,响应快的优势,又有电器元件处理和运算信号方便,易于实现信号远距离传输(遥控)的优势。电液比例控制系统以廉价、节能、维护方便、适应大功率控制且具有一定控制精度等特点而被广泛应用。 本课题根据电液比例压力控制系统中各元件的实际参数,并参阅大量相关文献和类似案例,对系统进行数学建模分析,确定了系统的传递函数,并检验了系统的稳定性。 最后,采用MATLAB/Simulink仿真平台对电液比例压力控制系统进行动态分析,确定PID控制器的KP,KI,KD三个参数,并对据此建立的仿真模型分别进行稳定性、控制效果分析。最终得到控制系统稳定,控制效果较好,满足预期要求。但是,由于受到实际工况的影响,实际控制结果往往与理论分析结果相差很大,导致理论分析的结果往往不能直接应用于实际工作,必须经过实验论证。


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