水泥混凝土泵车臂架减振方法研究

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水泥混凝土泵车在工作过程中由于液压冲击、混凝土的流动、外界风速等因素的影响,导致臂架产生振动。臂架任何轻微的振动都会使末端软管产生较大的抖动,造成末端软管无法保持稳定,会导致材料浪费、工作效率降低。此外,振动引起的动应力会严重降低臂架系统的寿命。随着大排量、高压力、长臂架的应用与发展,臂架的振动抑制变得愈发重要。本文以混凝土泵车臂架输料管道为研究对象,通过结合输入整形振动控制的相关原理,进而提出一种基于泵送混凝土运动参数配置的振动抑制新方法。混凝土通过输送缸中活塞周期性的推动经过臂架输料管道到达指定位置,将输料管中混凝土的运行速度状态分为三段式,即加速-匀速-减速,然后合理的设置混凝土的加减速时间,并满足加减速时间t约等于臂架输料管道固有振动周期T的正整数倍,即可实现对臂架输料管道的振动抑制,同时也达到了臂架振动抑制的目的,主要内容如下:首先,基于微元的思想分别对臂架输料管道以及管内流体进行受力分析,并建立基于欧拉-伯努利梁的悬臂管道系统相互作用的数学模型。通过数学相关知识对悬臂管道系统进行动力学建模,获得悬臂管道系统的动力学方程,并将动力学方程转换为状态空间的表达形式,进而得到一个输入为悬臂管道内流体的加速度,输出为悬臂管道末端振动位移的传递函数。其次,介绍了本文所提出的振动控制方法的理论基础,以某企业的THB-60E型混凝土泵车为例进行仿真实例求解,并通过几种方法得出的固有频率进行对比,以此验证所建立模型的正确性。然后利用Matlab/Simulink建立系统仿真模型,并配置管内流体的加减速时间在悬臂管道固有振动周期T的周围进行研究,发现当管内流体的加减速时间偏离机械臂固有周期T时,偏差越大,振动抑制效率越低。当配置管内流体的加减速时间等于悬臂管道固有振动周期T时,振动抑制效果最好,振动抑制率最高可达80.01%。然后,配置不同的加减速度值,并设置流体加减速时间在二倍、三倍固有振动周期附近,通过多种仿真对比得出:改变流体加减速度的值,其振动抑制效果基本不受影响,此外,当设置流体加减速时间在二倍、三倍固有振动周期附近时,使用本文提出的振动抑制方法仍能适用,但是最大振动抑制率会有所减小。最后,在速度变化的时间点附近,采用变加速进行速度转化,使速度变化趋于平稳,研究发现当采用变加速进行速度转换时,对各个阶段的最大振动位移均会有不同程度的降低作用。
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