（机械设计及理论专业论文）900t提梁机的设计与实现.pdf

摘要 摘要 9 0 0 t 级提梁机、运梁车、架桥机是服务于现代化高速铁路建设中混凝土粱制 造和安装的关键型设备其中，9 0 0 1 提梁机是用于生产车间和堆场之间预应力 混凝土箱梁转运的专用设备。 本文将以郑西高速铁路的建设为应用背景，论述9 0 0 t 提梁机的设计与实现。 由于9 0 0 t 提梁机采用全液压驱动，因此提梁机的设计除了机械结构的设计之外， 还涉及液压系统的设计，电控系统的设计。 本文首先从总体受力和结构上论述对9 0 0 t 提梁机机械结构的总体设计然 后论述其液压系统的总体设计，所要实现的功能包括行走、悬挂、转向、起升， 吊具移动等。最后针对液压系统的特点，设计提粱机的电控系统，其中包括控制 器的选择，控制系统网络的组建。电控系统设计的取决于液压系统的中控制对象 的功能需要和9 0 0 t 提梁机上的节点分布情况在硬件设计的基础上，建立各个 控制模块的控制模型并设计相应的软件。最后根据现场作业的具体情况，作相应 的调试修改，直到9 0 0 t 提梁机能够稳定的运行和正常的作业，满足系统设计初 期所提出的控制要求。 关键词：9 0 0 t 提梁机、机械系统、液压系统、电控系统、c a n 总线 a b s t r a c t 9 0 0 tp n e u m a t i cg i r d e rg a n m yc r 锄e sa n d9 0 0 tt r a n s p o r t a t i o ng i r d e r 州d e s , 9 0 0 ts p a nc a r r i e r sa md e s i g n e df o rh i g hs p e e dr a i lp r o j e c t s t h e ya r et h ek e y m a c h i n e si nt h ea a n s p o r f i n ga n dc o l l s u a c f i o n9 0 叮g i r d e r s t h e9 0 0 tp e m a m f i c g i r d e rg r a n u yc r a n e sa r e 圆p e c i a l l yd e s i g n e df o rc a r r y i n ga n dt r a n s p o r t i n gg i r d e ri n t h eo r d e rp r o d u c i n gf a c t o n j t h i sp a s s a g ew i l lt e l ly o ut h ed e s i g nm di m p l e m e n to f9 0 0 tp n e u m a t i cg i r d e r g a n a yc r a n e sw h i c hi sw o r k i n gf o rt h eo o n s t r a c t i o no fh i 曲s p e e dr a i lp r o j e c to f z h e n z h o u - x i i ms u b s e c l i o n b e c a u s ea l lt h ef u n c t i o no ft h i sm a c h i n ei sd r i v e db y h y d r a l 】l i cs y s t e m , 击ew o r kc o n t a i n sn o to n l yt h ed e s i g no f m e c h a n i c a ls y s t e m b u ta l s o t h e d e s i g n o f h y d r a u l i cs y s t e m a n d t h e d e s i g n o f e l e o r i c a lc o n t r o ls y s t e m f i r s to fa l l ，i ti sr e e d st od og e n e r a lc a l c u l a t i o nt og e tt h eg e n e r a ld a t af o rd e s i s 皿 w o r k i tc o n t a i n sr e s i s t a n c e 锄d & i r ep o w e rc a l c u l a t i o n , a n dt h ed e s i g na n d 锄a l y s e t h ec o n f i g u r a t i o no f m a i nb e a m w h i c hu s es o h v a r ea n g y $ t h e nd og e n e r a ld e s i g no f m e c h a n i c a ls y s t e ma n dh y d r a u l i cs y s t e ma c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o ea n db a s i cd a t a w h i c hc a l c u l a t e di nt h eb e g i n i n gi tc o n t a i n sd r i v es y s t e m , s i l t a t i o ns y s t e m , s t e e r i n gs y s t e m , h o i s t i n gs y s t e m , l i f t i n gi n s t r u m e n tm o v i n gs y s t e m a tl a s td e s i g n e l e c t r i c a lc o n 扣o ls y s t e mw h i c hc o n t a i n sc o n t r o l l e rs e l e c t i o na n dc o n t r o ls y s t e m d e s i g n a n dt h e nd e s i g nt h ep r o g r a mf l o wc h a r t w r i t ep r o g r a m , d e b u g g i n gi ta n d w r i t et ot h ec o n t r o l l e r ，t oi m p l e m e n tt h ed e s i g no f t h e9 0 0 1 p n e u m a t i co r d e rg m n y c r a n e s 1 畸w o r d s ：9 0 0 tp n e u m a t i cg i r d e rg a n a yc r a n e s , m e c h a n i c a ls y s t e m , h y d r a u l i c s y s t e m , e l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e m , c a nn e t - 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：茸 町年) 月印日 第一章绪论 1 1 课题背景、目的 第一章绪论 高速铁路的建设是提高我国铁路交通运输能力的新世纪工程之一拟建中的 郑西高速铁路是经国务院批准的中国铁路中长期发展规划中的重要组成部分， 全长4 8 4 。5 公里，全线桥梁工程巨大，桥面主要为9 0 0 吨的大型粱。 图1 19 0 0 1 提粱机现场工作图片 为了节约桥面在制造运输中的成本，桥面板的设计制造采用如下工艺，即在 整个高速铁路的制造过程中，分为好几段分别制造，每段设定一个粱场，所有桥 面板均在梁场设计制造并实验测试应力情况，如果所有规格都满足要求，则运至 现场由架桥机进行现场安装。 在大梁的制造、测试、运输及安装过程中，所需的大型专用设备分别为提粱 机、运粱车、架桥机。本课题就是根据郑西高速铁路9 0 0 t 大粱的制造，测试要 求所设计的9 0 0 t 提粱机，为同济大学，上海港机重工有限公司、上海同新机电 控制技术有限公司联合研制的梁场运梁专用设备。提梁机主要工作于梁场，将大 梁在梁场之间进行搬运9 0 叮提梁机可提大梁的规格为3 2 m ，2 4 m ，2 0 m 混凝 土整体箱粱。提升能力为9 0 0 t 。为了便于提梁机在粱场之间能够随意的运行， 本设计采用轮胎式的行走方式，较传统轨道式提粱机来说，其灵活性大大增强， 同时也大大节约了在梁场大梁铺设轨道的成本 所设计的提梁机具有的功能为行走、转向、悬挂、起升、吊具位置移动等。 整个系统采用全液压驱动，闭式液压走行系统和液压悬挂支撑方式，使众多轮胎 第一章绪论 组实现了均匀承载，并随道路的变化作自适应调整；液压全轮转向系统使超长的 车体具有较小的转弯半径；液压卷筒起升系统使吊梁过程平稳。 电控系统采用芬兰e p e c 生产的工程车辆专用控制器，该类控制器具有高实 时性，高可靠性，高稳定性等特点，适合户外恶劣的工作环境。同时针对控制对 象分散，信号传输距离较远的特点，采用目前先进的工业c a n 总线网络，实现 分布在整车上不同控制器之间稳定的信号传输，从而使得整个控制系统具有很高 的稳定性、可靠性及实时性。本系统采用先进的p i d 算法，实现转向、悬挂、 提升和吊具移动过程中的高精度同步。在整个控制系统中，嵌入了可视化的图形 故障诊断页面，使用户能够从显示器的故障显示页面及时找到系统故障并进行维 修。 1 2 国内外的发展现状 根据国家中长期高速铁路建设规划，到2 0 2 0 年，全国铁路营业里程将达到 4 0 万公里。在高速铁路的设计制造过程中，需要大量的桥面架运设备，而在此 之前，这些9 0 0 t 级架运桥梁专用装备基本依赖进口，其生产厂家主要为德国的 k a m a g 运输设备公司、s o i e u e r l e 公司、g o l d h o f e r 公司、k i r o w 公司等。每套需 要上亿元人民币 现在由上海港机重工有限公司、同济大学、上海同新机电控制技术有限公司 联合研制成功的9 0 0 t 提梁机，将使中国上海成为继德国、意大利后9 0 0 t 级桥梁 架运设备的研制生产基地 9 0 0 t 级提梁机的行走方式现在主要有两种方式：轨行式和轮胎式。轨行式提 梁机是一种通用的起重设备，使用比较广泛，但是因为要在梁场铺设大量的轨道， 并且构成复杂的轨道网络，其设计成本及其昂贵轮胎式提梁机机、电、液控制 技术难度较大，在秦沈客运专线、上海磁悬浮工程，杭州湾大桥工程等已有使用 一些经验，但这只是一个开头，而且只是小吨位提粱机的使用 本论文所论述的9 0 0 t 提梁机由拥有6 4 只轮子的轮胎式底盘和钢结构、液压 系统、电控系统组成，成为国内首次把轮胎式提梁机应用在这样大吨位的提梁设 备上，其灵活的现场工作能力，低廉的设备造价，将使其成为国内大型工程机械 的发展方向。 1 3 本文的主要工作内容 本文将从机械结构、液压系统、电控系统三方面论述对9 0 0 t 提梁机的总体 2 第一章绪论 设计。机械结构的总体设计包括行走驱动力与阻力的设计计算，钢结构的设计计 算。液压系统的总体设计包括按照设计要求选择泵和马达等的排量，并且按照功 能要求设计较稳定的液压执行机构，然后针对本套液压系统设计相应的电控系统 并进行相应的控制程序编写 在本文的最后将论述程序的移植及现场调试，直至满足所有设计要求和用户 使用要求 第二章9 0 0 t 提粱机总体设计 第二章9 0 0 t 提梁机总体设计 2 19 0 0 t 提梁机的设计参数 9 0 0 t 级提梁机、运梁车、架桥机是服务于现代化高速铁路建设中混凝土梁 制造和安装的关键型设备。 9 0 0 t 提梁机是用于生产车间和堆场之间预应力混凝土箱梁转运的专用设备 9 0 0 1 提粱机的跨度为3 9 6 5 0 m m ，起升净高度9 0 0 0 r a m ，额定负载9 0 f f r ，可运送 高速铁路客运专线3 2 m 、2 4 m 、2 0 m 混凝土箱粱。提梁机的承载结构由双主粱构 成，其底盘由拥有“只轮子的轮胎式底盘构成，这使得整车能在粱场自由的运 行其具体的结构参数如下： l 、提粱机自重；7 5 0 吨； 2 、整车的总体尺寸s 横向：0 5 1 0 0 m m 高度范围内侧净宽度8 6 0 0 r m n ，5 1 0 0 m m 9 0 0 0 m m 高 度范围内侧净宽度1 5 0 0 0 r a m ，总宽2 8 5 0 0 n 2 n l , ； 纵向：内侧净距离3 5 0 0 0m l n ，外测尺寸4 4 3 0 0n l r n ； 2 、起升净高度：9 0 0 0 姗( 混凝土梁顶面距地面) ； 3 、卷扬机起升速度：满载为0 5m m i n ，空载为1 5 n d m i n ； 4 、整车行驶速度：满载为4 k n d h ，空载为6 k m h ； 5 、整车行驶中的爬坡度：5 ； 6 、重载的轮子接地比压o 6 m p a 7 最大风速；工作状态设计风速为6 缓；非工作状态设计风速为1 1 级。 9 0 0 t 提梁机采用了全液压传动，闭式液压走行系统和液压悬挂支撑方式， 使众多轮胎组实现了均匀承载，并随道路的变化作自适应调整：液压全轮转向系 统使超长的车体具有较小的转弯半径：液压卷筒起升系统使吊粱过程平稳。 2 29 0 0 t 提粱机的总体设计计算 2 2 1 提梁机的动力分配 如图2 1 所示为9 0 0 1 提梁机的动力分配情况。前后各一套，分为两个独立 的动力系统。 4 第二章9 0 0 t 提粱机总体设计 一 图2 19 0 0 t 提粱机的动力分配原理图 2 2 2 提粱机行走阻力计算 假设地面的滚动摩擦阻力系数为o 0 2 5 ，最大爬坡度为5 提梁机启动最 大加速度为o 1 5 m s 2 ，回转质量为1 0 4 ，则可以计算如下一些行走阻力： ( 1 ) 重载平地阻力厶t 平地为 左l - y - j l t = ( + ) 厶= ( 7 5 0 + 9 0 0 ) o 0 2 5 = 4 1 2 5 吨 ( 2 1 ) ( 2 ) 空载平地阻力左羹早鼍为 矗t 珊= 后= 7 5 0 x 0 0 2 5 = 1 8 7 5 吨 ( 2 2 ) ( 3 ) 重载坡度阻力厶复肥墟 五愀= ( + ) = ( 7 5 0 + 9 0 0 ) x 0 0 5 = 8 2 5 吨 ( 2 3 ) ( 4 ) 空载坡度阻力厶囊睫麓 矗t 雠= 朋k = 7 5 0 x 0 0 5 = 3 7 5 1 吨 ( 2 4 ) ( 5 ) 重载加速阻力厶t 知t 左翩t = ( + 掰量) 曲转9 8 = ( 7 5 0 + 9 0 0 ) x o 1 5 x l 。0 4 9 8 = 2 6 吨( 2 5 ) ( 6 ) 空载加速阻力磊t 加毫 左t 加蕾= 删_ 口j ，钿斡9 8 - - 7 5 0 x 0 1 5 x 1 0 4 + 9 8 = 1 6 吨 ( 2 6 ) 2 2 3 提梁机牵引力计算 ( 1 ) 空载平地牵引力墨t 早鼍 第二章9 0 0 t 提粱机总体设计 如t 平- = 厶t 张= 1 8 7 5 吨 ( 2 ) 重载平地牵引力平- = 缸帕= 4 1 2 5 吨 ( 3 ) 空载坡度牵引力f 空粮墟 瑶l e 蠢城- - a t 平地+ ，釜冁墟= 1 8 7 5 + 3 7 5 = 5 6 2 5 吨 ( 4 ) 重载坡度牵引力局鲫张 = 五轩- + 厶峨墟= 4 1 2 5 + 8 2 5 = 1 2 3 7 5 吨 ( 5 ) 空载平地加速牵引力f 空t 蛐曩 & 藏平枷= ，拽珊+ 厶删= 1 8 7 5 + 1 6 = 3 4 7 5 吨 ( 6 ) 重载平地加速牵引力平蝴 懈毫= 缸乎- + 黝嘣= 4 1 2 5 + 2 6 = 6 7 2 5 n d 匿 2 2 4 转向阻力的计算 ( 2 7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) ( 2 1 2 ) 原地转向阻力矩计算公式为 = g # k k + o 5 矗届彳) ( 2 1 3 ) 其中： g k 为转向桥负荷，其最大值为总重量与转向桥之商即为 g 转= ( j ，l 曩+ j ，1 1 ) 3 2 = 5 1 5 6 2 5 吨 ( 2 1 4 ) 厶为轮胎滚动摩擦系数，其值为0 0 3 1 矗为轮胎滑动摩擦系数，其值为n 7 ； k 为轮胎接地面中心到转向中心线与地面交点间的距离，其值为去轮距，即为 1 2 5 ：0 6 2 5 胛： 2 故可以计算得到曩= 1 0 0 6 9 3 n m 6 第二章9 0 0 1 提梁机总体设计 2 2 5 提梁机发动机功率计算 计算时取传动系传动效率玎为0 6 5 ，发动机储备系数f 为1 2 由于提梁机 - r 作过程中功率消耗主要为行走工况，转向工况，重物起升- l - 况，下面将分别介 绍这几种工况下面发动机所需要的最大功率。 ( 1 ) 行走工况 提梁机的行走分为重载平地行走和轻载平地行走，在这两种工况下单台发动 机的功率消耗分别记为吃和& ，则： & = 警= 笔器警= 捌旺m &=警=岩=285kiv36x2x0 6 5 旺1 6 ) 一 叩栉发动机 ( 2 ) 转向工况 在转向工况下，取转向速度= o s r l n f m ，则转向时单台发动机所需功率& 为： 乓。蒜等瑙0 k w 晓m ( 3 ) 预制粱提升工况 在预制提粱工况下，所需单台发动机功率磊升的值为 升2 笔警2 一 经m 综上所述，发动机额定功率应大于等于4 4 2 千瓦( 此功率应为除去空压机、 进排气阻力等功率损失后的净功率) 2 39 0 0 t 提梁机液压系统总体计算 2 3 1 闭式行走液压系统元器件的确定 由前可知，对于闭式的行走系统，最终行走动力是由液压马达经过轮边减速 器提供给行走驱动轮的。由此在确定闭式回路驱动马达的排量之前，先按照设计 要求设计出轮边减速器的减速比。由行走阻力矩的计算公式可知。最大行走阻力 矩为重载坡度牵引力与轮胎重载半径的乘积，即为 = 巳敏如齄= 1 2 3 7 5 x 1 0 x 1 0 0 0 0 7 1 5 = 8 8 4 8 1 2 5 ( 2 1 9 ) 7 第二章9 0 0 t 提粱机总体设计 按照整车对称特性，在整车安装8 个驱动桥，1 6 个驱动马达。由此可以得到 分配到单个驱动轮所需驱动力矩的大小为： 毛= 墨+ 1 6 = 5 5 3 0 0 n m ( 2 2 0 ) 由此选择轮边减速器型号为g f t 0 0 6 0 t 3 ，最大输出扭矩为6 0 0 0 0 n m ，传动 比为1 3 9 9 ，带驻车制动，制动力矩为6 2 0 n m 。此时对应的马达型号为a 6 v e 8 0 。 该轮边减速器输出转速2 6 8 r p m ( 马达排量最大时) 或3 2 2 ( 马达排量小于5 4 时) 根据实际工况要求，可以推算出提梁机轮胎的最大空载转速和提梁机轮胎最 大重载转速，记轮胎晟大空载转速为性。轮胎最大重载转速为一，由此可 得： = 警= 酝6 2 石。6 。0 丽。1 8 2 r p m 3 2 2 r m ( 2 2 1 ) = 当荔孑= i 石忑4 蕊x 6 0 雨。1 4 8 r a n 2 6 8 r p m ( 2 2 2 ) 故所选轮边减速器和马达的型号满足使用要求。行走马达型号为a 6 明s o ， 带有速度传感器，采用比例电磁发控制。其最大转速为3 7 5 0 r p m ，最小转速为 5 0 r p m ，额定排量为8 0 j ，i ，公称压力为4 0 0 6 0 p 行走系统所选泵为a 4 v g 2 5 0 闭式泵，额定排量为2 5 0 r i d ，公称压力为4 0 0 6 a r 。尖峰压力为4 5 0 b a r ，最大转 速为2 5 0 0 r p m ，最小转速为5 0 0 r p m 2 3 2 转向液压系统元器件的确定 由于转向桥转可转角度为正负1 0 0 0 ，现假设转1 0 0 0 所需时间为2 0 秒，即转 速为o s t r a i n 转向油缸的行程为8 0 0 r a m ，由此可推算出油缸速度为1 2 m n u n ， 由于转向油缸活塞直径为2 0 0 r a m ，活塞杆直径1 l o m m 。发动机额定转速取 1 8 0 0 r p m 故可计算出油缸所需流量为 ，；缸= 4 0 r a i n ( 2 2 3 ) 由此可计算出泵的排量为 2 面3 磊2 2 丽3 2 x 4 0 = 1 7 8 c m 3 ( 2 2 4 ) 故选取型号为a i o v g l 9 0 开式负载敏感泵，其额定排量为1 9 0 e m 3 ，公称压力 4 0 0 6 0 y 。 第二章9 0 0 t 提梁机总体设计 2 3 3 起升液压系统元器件的确定 9 0 0 t 提梁机起升系统同样采用液压马达带动卷扬机转动，同时卷扬机通过 减速比为2 0 的滑轮组绕起升钢丝绳吊重起升其中，液压马达和卷扬机之间通 过起升减速器进行过渡，在选定液压马达之前首先确定减速器的减速比，现由机 械结构设计知道卷筒直径为1 2 0 0 r a m ，钢丝绳额定拉力1 4 t ，则可知起升的额定 力矩瓦。为 升= j 力- = 1 4 x l o x l o o o x o 6 = 8 4 0 0 0 n t o ( 2 2 5 ) 由此选择起升减速器型号为g f t l l 0 w 3 8 2 1 5 - 0 4 ，其最大输出扭矩为1 0 0 0 0 0 n m ， 满足起升扭矩要求，传动比为2 1 5 ，同时它还带驻车制动，制动力矩为7 5 0 n m 此时选择对应的马达型号为a 6 v e l 0 7 排量为1 0 7 m ，公称压力为4 0 0 b a r ， 最大转速为3 5 5 0 r p m ，最小转速为5 0 r p m 。由此可知该减速器输出转速1 6 r p m ( 马 达排量最大时) 或2 6 r p m ( 马达排量小于6 8 时) 由于起升与转向工况是分别独 立进行的，所以起升与转向等可以共用一个a i o v g l 9 0 开式负载敏感泵。液压 系统中一个开式泵控制一个起升马达。现在验算在这种设计工况下最大重载起升 速度v 鬈舟i t 一、最大轻载起升速度升空t 一、最大起升力矩毫升一以及额定和 最大系统油压是否满足使用要求。由起升速度公式得 矿警= 罴= s r p m 2 6 r p m ( 2 鳓 飞升2 訾2 等罴观6 坳 8 时，p i d 调节起作用，有输出；而在a 占时，认为系 统已经达到预期，皿调节不起作用，输出为0 。这是为了消除频繁动作所引起 的振荡，其控制算式为： a = 长筹 n 。 积分分离的p i d 调节算法的基本思路是当被控量与设定值偏差较大时，取 消积分作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低：而当被控量接近设定值时， 引入积分控制，以便消除静差，提高系统控制精度。也就是人为设定一个较大的 第七章9 0 0 t 提粱机控制算法设计 阈值暑 0 ，在差值 占时候放弃积分环节，只用p d 调节；而在差值a 删o p c ni n p u t a r 龃 圈8 1 控制器寄存嚣地址定义 9 6 麟磁镞黼隅 卜磊p 赢赫潮 鏊；黎馥燃黝黪翰攀霭 第八章9 0 0 t 提粱机控制算法实现和程序移植 在c o d e s y s 中，数据大小分别如表8 1 所示： 表8 1c o d e s i s 数据字母表示含义 l 数据表示方式 x w bd 意义 位字( 1 6 位)b y t e ( 8 位)双字( 3 2 位) 一个工程文件包含p l c 程序里的所有对象：p o u s ( p r o g r a mo r g a n i z a t i o n u n i t s ) 、数据类型、资源。p o u s 包括主程序( p r g ) 、子程序( p r g ) 、功能块( f b ) 、 函数( f u n ) 及语句在c o d e s y s 编译环境中，这些对象之间的包含关系如图 8 2 所示。其中，每个主程序必须命名位p l cp r q 子程序可调用函数和功能块， 但函数，功能块不能调用子程序，且子程序中的中间变量值是可视的，但函数， 功能块里的中间变量值是不可视的，且函数没有返回值。 臣亟回 压亟丑。囤 形囤、至圃 、圈 卫 圈8 2p i c 程序对象之间的关系 在工程文件中，按适用范围有两种类型的变量，全局变量( g l o b a l ) , 局部变 量( 1 0 c a l ) 。全局变量存在于程序的任何模区域，而局部变量只存在于子程序，函 数和功能块中。全局变量的说明在“r e s o u r c o 的 g l o b a lv e r i a b l e 里，如图8 ，3 所 示。而对于局部变量的定义，可以设定为在变量区说明和自动说明这两种当采 用自动说明时，编写程序的过程中如果遇到新的变量，会自动弹出对话框，提示 定义的变量名和变量类型。如图8 4 所示。 同时，c o d e s y s 是一种功能强大的p l c 软件编程工具，它支持i e c l l 3 1 3 标准i l 、s t 、f b d 、l d 、s f c 、c f c 六种p l c 编程语言，用户可在同一项目中 根据需要选择不同的语言编写子程序、功能模块等。每种语言的具体语法结构和 使用说明见c o d e s y s 使用手册，这里不做详细说明。 在图8 5 中，可以看到在c o d e s y s 工具栏的o n l i n e 选项下面有一个 蜘栅0 a n 的选项，选中之后点击o n l i n e 下l o c _ d n 就可以在p c 机上进 行所编写控制程序的在线仿真，程序人员可以模拟现场所给的任何条件，命令对 控制程序进行逻辑检查，直到程序没有逻辑漏洞。 第八章9 0 0 t 提粱机控制算法实现和程序移植 程序代码从p c 机移植到控制器时，需要e p e c 生产的u s b 转a n 的调试 线。此调试线的u s b 端连接电脑，c a n 端连接控制器的c n o p e n 端口，硬件 连接好后，取消选中的如咀栅o n ，此时单击轴讯觚o a n 下面的 c 删n i c 衄0 a np a r a t o r s 选项，出现图8 6 所示的对话框，在此对话 框中，分别设置控制器的d ，控制器的通讯波特率以及调试工具名称，这些参 数设置好了之后单击“) g ，此时就会出现对话框提示是否把程序代码写进控 制器，点击确定，程序代码就可以移植进入控制器，带程序代码移植完毕之后， 给控制器断电再上电，此时程序代码就保存在控制器中，可以进行现场控制了 另外，控制器q 心i 0 班! n 口的节点号和c a n o p e n 的通讯波特率可以通过 c i 恐删进行设置，设置页面如图8 7 所示。在c 删0 0 n 的设置页面中， 可以看到，在c a n m o o n 对话框的右边，会出现p c 机通过u 昭转c a n 工具 与控制器。吣旧p e n 口连接的状态。如果正常则显示连接o k ，如果出现问题， 则显示c a n b i j so f f ，等报错信息 如果p c 机与控制器连接正常，则可在对话框左边n o d ei d 对话框处填入所 联控制器当前的m ，此时在下面大的对话框中会显示连接控制器的节点号，单 击t o o l s 下的c o n f i g u r em o d e l 对话框，则会显示控制器的一些信息，比如控剑器 名称，控制器节点号，有无终端电阻等，在这个信息对话框中改变控制器节点号， 点击确定，再给控制器断电，上电一次，则控制器c a n 0 帆n 口的新的节点号 就保存在控制器里面。 图8 3c o d e s y s 全局变量定义区 第八章9 0 0 t 提粱机控制算法实现和程序移植 圈8 4 自动变量说明对话框 图8 5c o d e s y s 系统仿真选项 图8 6 通讯参数设置对话框 第八章9 0 0 t 提粱机控制算法实现和程序移植 此外，还有一个叫做u s b c a n 的软件，单击此软件，可以直接看到与这控 制器c a n o p e n 口通讯的所有信息，进行相关总线监测并且可以发送数据激 活总线等。 以上就是有关e p e c 控制器程序编写和程序移植的一些软件和方法，下面将 介绍a t 8 2 显示器的编译软件。 8 2e d i t o ri t e 6 1 8 软件介绍 t 跎显示器程序编译软件i t e 的编译环境分为两部分，第一部分为图形编 辑区，第二部分为程序编辑区。 首先，在主菜单的d e v i c e 对话框下，选择p a 均蹦蚵嚣对话框，此时显示 出如图8 9 所示对话框，选择显示器型号为a t 8 2 ，此时显示窗口象素大小就变 成a t 8 2 显示器显示窗口大小，在此可以一比一的添加所要显示的图像，在快捷 键处，可以设置所要插入文本和图像的种类，分为文本编辑方式、静态图像编辑 方式、条形柱编辑方式、坐标显示编辑方式、动态位图显示编辑方式、位图显示 状态编辑方式等。其中，在文本编辑方式下，通过文本输入栏编辑文本内容在 以上这些编辑方式中，可以通过对它们属性的设定设置一些控制方式和连接一些 控制变量，由控制变量控制其显示内容。 l o o 第八章9 0 0 t 提粱机控制算法实现和程序移植 图8 8 中所示变量列表为显示窗口中所设置或定义的所有变量，通过这里可 以定义变量名称，变量类型，变量范围等一些相关信息。 图8 8 i t e 编译环境 圈s 9 显示器类型选择对话框 第八章9 0 0 t 提粲机控制算法实现和程序移植 在1 t e 中，可支持的编程语言有梯形图和c 语言在图8 8 中，单击左边程 序添加栏或者单击p r o g r a m 对话框下的e d i tcs o u r s e ，程序会连接到c 语言的编 译环境，这里可以定义自己的变量的同时也支持在显示界面上所定义的变量。最 后通过编译，如果没有问题则可通过r s 2 3 2 串口线将编译好的程序代码移植到 显示器里面。移植时单击d e v i c e 下的s e n df i l e ，会出现如图8 1 0 所示对话框， 检查p c 机的r s 2 3 2 串口是否与显示器连接好，如果连接无误，单击o k ，则i t e 会把程序代码下载到a t 8 2 里面去。 图s 1 0i t e 发送程序代码的连接确认对话框 第九章9 0 0 1 提梁机的实现和现场调试 第九章9 0 0 t 提梁机的现场调试 前几章中已经介绍了9 0 0 1 提梁机的总体设计过程，这一章中将介绍一下这 个系统在现场调试的情况分析，以供下次优化提粱机设计时参考。 调试时间：2 0 0 6 年9 月调试地点；陕西华阴梁场 此次是第一次现场调试，整机由上海运至华阴梁场，在现场进行装机调试， 调试内容为调试好液压系统的管路安装情况，和调试电气系统的硬件和软件反 应的目韪为控制系统网络的连接方式，主要为c a n 两络的连接方式，应严格遵循 6 3 3 中所叙述的c a n 网络连接方式。如果控制器分布比较分散，则可以通过h u b 作为中转，网络总体设计成星型连接，在每一层的网络连接中，应设计成总线型 连接方式或环形连接方式。在总线型连接的方式下。网络两端因增加终端电阻 在总线型的连接方式下，如果一条总线上有多个控制器，那么网络连接应按照图 9 1 所示方式进行连接。中间一些控制器应离总线距离较近 c4 0 m 图9 1c a n 总线型连接方式下多控制器的连接方式 此次调试还出现的问题为9 0 0 1 提梁机的轮胎在原地转向之后，轮胎程八字 状态的变形，具体见图9 2 所示，但是行走一段之后，轮胎又恢复成正常状态 如图9 3 所示。 第九章9 0 0 t 提粱机的实现和现场调试 图9 2 轮胎原地转向后的变形 图9 3 轮船正常行走时的形状 调试时间：2 0 0 7 年2 月初调试地点：陕西华阴梁场 此次为第二次到现场调试，在此之前，提梁机在现场工作3 个月时间。现场 开始出现轮胎打滑现象，并且华阴粱场提梁机的后发动机比前发动机费油，费油 量为前面的1 5 倍。 现场调试记录见附表1 。总结问题主要有2 个： 第一、9 0 0 t 提梁机的机械结构设计为4 点支撑，那么由于制造误差的出现， 无法保证四点能绝对的在同一平面对总体结构进行支撑。这样会造成4 点中三点 第九章9 0 0 t 提粱机的实现和现场调试 受同样的力，第四点受力将比其他点更小。而底盘的结构也是刚性连接，最后会 造成在第四点总会有一个轮子对地面的附着力最小，当附着力小于驱动力的时 候，就会造成轮子打滑 第二、由于9 0 0 t 提梁机结构上前后跨距很大，导致液压系统只能前后单独 控制，这样在同一台机器上出现两个独立的动力源。这两个动力源难以保证提供 相同的动力，特别在行走时，如果后面行走速度比前面的大，则容易造成速度快 的推着速度小的走，就会出现浪费机械功只有调整前后驱动速度，当前后驱动 速度差不多时，才能有效减少机械功的浪费，但是无法从根本上解决问题 以上为在两次提粱机的调试中遇到的问题总结，希望在下次优化设计时能考 虑这些问题并提出解决方案。 第十章结论与今后研究方向 1 0 。1 结论 第十章结论与今后研究方向 9 0 0 1 提梁机作为高速铁路建设的重大装备之一，以前主要依靠进口国外产 品，研究具有自主知识产权的9 0 0 1 提梁机具有巨大的经济价值和理论价值 本文从总体受力、总体钢结构、机械系统、液压系统、电控系统等论述9 0 0 t 提梁机的设计与实现，文中特别对控制算法进行定的研究，设计较合理的控制 系统硬件和软件，使提梁机能在现场较稳定的作业。 1 0 2 今后研究方向 由于9 0 0 t 提梁机在国内还是第一次进行研制开发，在设计功能上难免考虑 周全，在现场作业也反应出一些问题。希望能在下次优化设计时作迸一步分析研 究。以下提出4 个研究方向，供以后研究者参考。 1 轮胎与地面受力情况的分析 有关轮胎与地面接触情况，现场调试出现以下两个问题：9 0 0 t 提梁机重载情 况下原地转向，出现轮胎成八字状变形，但是行走段之后又恢复正常；当由于 前后动力分配不均时，所有轮胎中与地面附着力最小的轮胎在悬挂油缸的方向行 走时出现打滑，反相行走时则不出现打滑。 以上原因可能与轮胎的花纹或者轮胎类型有关，比如子午线轮胎还是斜交轮 胎在这种情况下有利于防止转向变形等。 对于不同类型的轮胎，在重载情况下与地面接触时允许最大变形量是不同的。 轮胎与地面的受力情况比较复杂，分析轮胎在这类情况下受力情况有利于在 理论上认识轮胎的受力，对于以后提粱机轮胎的选择具有重大意义。 乏针对4 点支撑的情况进步研究钢结构的优化设计 有关提梁机4 点支撑的情况，现场调试出现的情况如下：提梁机的支撑为刚 性支撑，四点都为刚性支撑，包括各个桥组与轮胎之间也是刚性支撑在实际工 作中，由于制造误差的出现，4 点中肯定有点受地面的支撑力最小，在这个最 小受力的支腿上，由于支腿与上桥组与轮胎中间也是刚性连接，最后总会出现一 两个轮胎与地面的附着力最小。 第十章结论与今后研究方向 在以后的优化设计中，考虑刚性与柔性支撑的设计以及桥组与轮胎之间的连 接方式对于优化4 点受力具有巨大意义。 3 针对前后独立的动力系统和液压系统分析前后动力分配的问囊 9 0 0 t 提梁机的动力分配为前后各有一套独立的动力系统，在实际的控制当中 只能是尽量减少前后系统的用力不均，难免从本质上解决系统驱动问题。在今后 的优化设计中，前后动力分配可以作为一个研究方向，以一个较好的方式解决前 后动力分配问题。 t 转向租起升同步控翻的进一步研究 9 0 0 t 提梁机在转向和起升过程中，系统会由于液压系统响应较慢和系统网络 延时等因素的影响，同步效果不是很好，特别是在转向过程中，系统在最后会出 现超调的现象，即有些轮胎会在基准角度附近来回摆动一段时阀，最后才慢慢到 达基准角度。 转向和起升的同步应同步算法的研究应综合考虑现场总线延时的影响和液压 系统响应时间的影响。进一步优化同步算法，使之达到较好的同步效果 1 0 7 致谢 致谢 在读研的这两年半时间里，衷心的感谢我的导师卞永明老师对我专业上的耐 心指导感谢卞永明老师以身作则的教会我良好曲做事方法，做事态度，这种方 法上的受益程度远远大于对专业上的教导，在我以后的学习工作中都将有很大的 帮助也感谢卞永明老师给我提供很多实践的机会，让我能够有机会把所学的理 论和实际项目结合起来，进一步理解了所学的理论知识，也为以后进一步的理论 研究打下良好的实践基础 我也衷心感谢刘忠群老师对我的专业学习的耐心指导，在这两年半的时问 里，在学习上所遇到的问题刘忠群老师都耐心详细的给我指导、讲解，帮我解决 了很多实际问题，让我学到很多知识 衷心感谢张氢老师，胡子谷老师，顾建工老师对我的耐心指导，感谢师兄黄 庆蜂、秦立升、周贤周、陈先典等在我平时学习和实验中对我耐心的指导，因此 我也能更快的学习所学的专业指示。也谢谢金晓林，黎光显，陈浮戴颖明，唐 静等同学在我学习和生活过程中对我的帮助，感谢上海同新机电控制技术有限公 司所有朋友对我的帮助，他们给了我一个良好的生活和学习环境，对此衷心的感 谢各位 我也衷心感谢我的父母，姐姐和我所有亲密的朋友，他们在我生活和学习中 给我极大的鼓励和帮助 衷心感谢上帝带给我这么多很好的家人和朋友，祝他们平安! l 2 0 0 7 年3 月 参考文献 参考文献 【l 】濮良贵，纪名刚机械设计高等教育出版社，2 0 0 1 【2 】郑有畛结构力学上海t 同济大学出舨杜，2 0 0 3 3 】王勖成有线单元法北京：清华大学出版社，2 0 0 3 【4 】【德】j 马瑞克i l _ p 特拉汉【b y 苏左克i 约克莫瑞编著，左治江等译汽车传 感嚣化学工业出版社，2 0 0 4 【5 曾攀有限元分析及应用北京l 清华大学出版社。2 0 0 4 6 孙桓，陈作模机械原理高等教育出版社，2 0 0 0 【7 】罗邦杰工程机械液力传动机械工业出版社，1 9 9 1 【8 】唐经世工程机械( 上、下) 中国铁道出版社，1 9 9 6 1 0 】聂崇嘉液压传动与液力传动西南交通大学出版社1 9 9 1 【l l 】张光裕工程机械底盘构造与设计中国建筑工业出版社，1 9 8 6 【1 2 】刘希平t 程机械构造图册机械工业出版社，1 9 9 0 【1 3 】周萼秋，邓爱民，李万莉现代工程机械人民交通出版社，l 鲫7 1 4 】庄继德汽车轮胎学北京理工大学出版社，1 9 9 6 1 5 】 美 莫维尼著，王崧等译有限元分析：a n s y $ 理论与应用电子工业出版社，2 0 0 5 【1 6 】征克斌结构分析有限元原理及 n s y s 实现国防工业出版社，2 0 0 5 1 7 】徐都，弘学友，恒文建筑机械液力传动中国建筑工