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轮式焊接车行走控制系统的设计与研究

宋渭滨  
【摘要】:全天候轮式焊接车是石油天然气管道铺设中一种新型的发电焊设备搭载工具,它提高了管道焊接车的运输能力和对施工环境的适应性:采用轮式底盘替代了传统的履带式底盘,有更高的速度并大大减轻了底盘重量;驱动形式采用液压轮边驱动,能提供足够的驱动力以满足焊接车在各种复杂、恶劣的路面行驶需求;底盘悬挂方式采用补偿式单纵臂独立悬挂,减震效果明显,悬挂行程大,特殊路面可以通过对悬挂的调整增大抓地力以提高通过能力;转向方式采用差速转向,转向半径小、转向灵活、节约空间。对全天候轮式焊接车行走控制系统(行走驱动和差速转向控制系统)的研究,对于提高管线施工效率有重要的意义。 本文首先对全天候轮式焊接车差速转向进行了运动学、动力学分析,分别得到转向过程中转向半径与两侧车轮速度、转向角速度与两侧车轮速度的关系和整车在进行近似匀速圆周运动时的动力学方程,对其行走驱动系统设计提出要求,并用ADAMS软件仿真证明了差速转向在全天候轮式焊接车上的可用性。 其次,对全天候轮式焊接车行走驱动系统进行设计,采用变量泵控变量马达闭式回路作为其驱动形式,判定了所需最大驱动力,分析了系统性能。通过对行驶工况的分析,确定了该车变量泵控变量马达系统采用容积分档调速的方法,在此基础上建立了变量泵控变量马达的数学模型,并对该容积调速系统进行了建模和仿真分析。同时设计了差速转向控制系统,采用单侧车轮独立转向,应用Matlab/Simulink建立PID控制器模型后对差速转向控制系统进行了建模仿真,在三种不同工况(原地转向、小半径转向、大半径方向修正转向)下,与开环控制系统的响应结果进行对比。 最后,以某轮式工程车的行走驱动系统为试验平台,在启动、加速和减速制动等工况下,对全天候轮式焊接车的行走驱动系统的响应特性进行了研究,验证了变量泵控变量马达闭式回路和差速转向控制系统在全天候轮式焊接车上使用的可行性。


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