軸向伺服加載試驗系統(tǒng)設(shè)計及研究.pdf

1、伺服加載系統(tǒng)在工程領(lǐng)域通常也被稱為負(fù)載模擬器,是在實驗室條件下合理地模擬被試件所受真實載荷的加載試驗裝置,其具有高響應(yīng)、高精度、高功率重量比和大功率輸出等優(yōu)點。電液伺服加載系統(tǒng)是伺服加載系統(tǒng)的一個重要組成部分,它是對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行靜力性能、疲勞性能、斷裂韌度等試驗的關(guān)鍵設(shè)備,能夠為結(jié)構(gòu)件設(shè)計提供充分的理論依據(jù)。本課題所研制的軸向伺服加載試驗系統(tǒng),是為立管疲勞試驗而設(shè)計的。其功能是模擬輸油管道在海底所受到的軸向力作用,從而檢測被試件的各種機械

2、性能指標(biāo),將經(jīng)典的自破壞全實物試驗轉(zhuǎn)化為在實驗室條件下的預(yù)測性試驗,以達(dá)到縮短研制周期、節(jié)約研制經(jīng)費、提高可靠性和成功率的目的。
　　 本軸向伺服加載試驗系統(tǒng)屬于典型的被動式電液力伺服系統(tǒng)。在試驗過程中,立管試件會同時受到正弦變化的徑向加載力作用,造成的彎曲變形會導(dǎo)致其兩端頭位置發(fā)生持續(xù)的移動,對施力系統(tǒng)來說這是一個擾動信號。本文從整體設(shè)計出發(fā),通過對多個加載方案的詳細(xì)仿真分析和比較,確立了采用伺服閥和蓄能器聯(lián)合控制的加載方式;

3、完成了電液系統(tǒng)的設(shè)計計算;完成了支架結(jié)構(gòu)的布局分析;完成了控制策略的優(yōu)化以及控制程序編制,控制軟件采用功能強大的梯形圖編程軟件FPWINGR,觸摸屏軟件采用簡捷易懂的工程常用軟件EasyBuilder,數(shù)據(jù)采集、存儲及實時顯示軟件采用方便實用的圖形化編程軟件Labview,它們均具有良好的可讀性和實時性;最后,完成了對實際立管被試件的加載試驗,驗證了試驗結(jié)果的可靠性。本文各章節(jié)具體內(nèi)容如下:
　　 第一章,主要介紹了各種伺服加載

4、系統(tǒng)的原理和特點,總結(jié)了電液伺服加載系統(tǒng)的發(fā)展優(yōu)勢和難點,介紹了目前電液伺服加載系統(tǒng)在國內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀,并在此基礎(chǔ)之上,提出了本課題的研究意義和主要研究內(nèi)容。
　　 第二章,主要介紹了軸向伺服加載系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù),結(jié)合三種不同的加載方案,進(jìn)行系統(tǒng)建模和仿真,對比分析各方案的優(yōu)缺點,綜合設(shè)計出符合任務(wù)要求的整體方案,并對軸向伺服加載試驗系統(tǒng)的主要特點進(jìn)行了歸納總結(jié)。
　　 第三章,在滿足加載試驗系統(tǒng)功能的前提下,基于系統(tǒng)

5、緊湊化和操作便捷化的設(shè)計理念,分別對試驗用液壓系統(tǒng)各部分進(jìn)行模塊化設(shè)計,并對關(guān)鍵元件進(jìn)行選型計算。對試驗系統(tǒng)的支架結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計和受力分析,并且充分利用ANSYS軟件的優(yōu)勢,對關(guān)鍵部分進(jìn)行了有限元分析和強度校核,以保證實現(xiàn)其對整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的支撐作用。
　　 第四章,在滿足加載試驗系統(tǒng)功能的前提下,充分利用PLC和數(shù)據(jù)采集設(shè)備各自的優(yōu)勢對電控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計及軟、硬件配置,并對關(guān)鍵元器件進(jìn)行選型。以軸向伺服加載試驗系統(tǒng)為基

6、礎(chǔ),建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,分析多余力的產(chǎn)生機理,建立多余力的數(shù)學(xué)模型,采用結(jié)構(gòu)不變性補償方法優(yōu)化控制策略,并通過MATLAB/Simulink建模和動態(tài)仿真驗證結(jié)構(gòu)不變性補償多余力的效果。最后,按照立管疲勞試驗軸向加載的要求編寫系統(tǒng)控制程序,并對加載試驗流程進(jìn)行合理規(guī)劃。
　　 第五章,以軸向伺服加載試驗系統(tǒng)為平臺,對立管試件進(jìn)行加載試驗。主要是詳細(xì)分析實現(xiàn)液壓缸有桿腔壓力和活塞桿輸出加載力穩(wěn)定的試驗方法,結(jié)合本系統(tǒng)的特點,對試驗