一種礦用自卸車車箱主動(dòng)減振支撐系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】一種礦用自卸車車箱主動(dòng)減振支撐系統(tǒng),包括傳感器、支撐基座、彈簧、阻尼器、作動(dòng)器、上支撐平臺(tái)、緩沖塊、優(yōu)化計(jì)算模塊、控制計(jì)算模塊、傳輸線和供電模塊，支撐基座和上支撐平臺(tái)是置于車箱與車架之間的兩塊平行板，阻尼器、彈簧和作動(dòng)器置于平行板之間,傳感器固定在支撐基座上表面，緩沖塊為橡膠緩沖塊，控制計(jì)算模塊是PID控制器，優(yōu)化計(jì)算模塊是預(yù)置優(yōu)化計(jì)算軟件的計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算模塊、優(yōu)化計(jì)算模塊和供電模塊相連，供電模塊與作動(dòng)器相連。有益效果：減少了車箱與車架直接撞擊概率，耐久，可靠性高，主要部件通用性好，維護(hù)成本低，減振能力主動(dòng)調(diào)節(jié)，提高整車使用壽命，優(yōu)化計(jì)算模塊具有可調(diào)節(jié)性，提高了對(duì)不同車型和工況的適應(yīng)性。
【專利說明】
-種礦用自卸車車箱主動(dòng)減振支撐系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于礦山運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及礦用自卸車的減振系統(tǒng)。
[0002] 研究背景
[0003] 礦用自卸車長(zhǎng)年從事礦石等貨品的裝載作業(yè)，工作環(huán)境惡劣，車箱結(jié)構(gòu)反復(fù)受到 巨大的沖擊載荷，車箱反復(fù)振動(dòng)，車架等結(jié)構(gòu)不斷受到?jīng)_擊，致使礦車結(jié)構(gòu)破壞。同時(shí)，車箱 的振動(dòng)又會(huì)傳遞到礦車其它結(jié)構(gòu)，加劇了礦車各部分結(jié)構(gòu)之間運(yùn)動(dòng)干設(shè)及結(jié)構(gòu)自身的疲勞 破壞，降低了礦車使用壽命。且易引發(fā)安全事故。
[0004] 為解決上述問題，傳統(tǒng)技術(shù)是在車架與車箱之間加裝橡膠墊塊來降低車箱振動(dòng)和 對(duì)車架的沖擊。利用橡膠墊塊具有一定彈性和大阻尼的特性，起到減振作用。如中國專利 號(hào):CN201420831749.6專利名稱為:一種大噸位礦用自卸車貨箱，提供了一種地板成?'型 的大噸位礦用自卸車貨箱結(jié)構(gòu)，在車箱底部?jī)筛v梁與車架的接觸表面，加裝有8塊減振塊 組成?，F(xiàn)有技術(shù)的不足是：1、減振塊阻尼和剛度特性單一，對(duì)于特定載荷下引起的沖擊振動(dòng) 具有較好的減振效果，但難W適應(yīng)各種裝載工況及礦用自卸車的惡劣工作環(huán)境;2、減振塊 在長(zhǎng)期使用中易老化，減振效果衰退明顯;3、不具有實(shí)時(shí)主動(dòng)調(diào)節(jié)能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提高一種礦用自卸車車箱主動(dòng)減振支 撐系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)方法增加了車箱支撐結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制系統(tǒng)，使支撐系統(tǒng)根據(jù)工況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)， 提高其對(duì)車箱的結(jié)構(gòu)的減振效能，從而對(duì)提高礦車使用壽命有重要意義。
[0006] 發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種礦用自卸車車箱主動(dòng)減振支撐系統(tǒng)，包括在礦用自 卸車車架上表面與車箱接觸位置加裝減振裝置，其特征在于:所述加裝的減振裝置是主動(dòng) 控制的減振支撐系統(tǒng)，所述主動(dòng)控制的減振支撐系統(tǒng)包括傳感器、支撐基座、彈黃、阻尼器、 作動(dòng)器、上支撐平臺(tái)、緩沖塊、優(yōu)化計(jì)算模塊、控制計(jì)算模塊、傳輸線和供電模塊，所述支撐 基座和上支撐平臺(tái)是兩塊平行的矩形板，支撐基座固定在礦用自卸車車架縱梁上，所述阻 尼器為兩個(gè)，阻尼器是柱狀流體黏滯阻尼器，兩個(gè)阻尼器分別設(shè)置在上支撐平臺(tái)和支撐基 座之間，位于上支撐平臺(tái)和支撐基座兩端，在作動(dòng)器兩邊對(duì)稱分布，阻尼器上端固定連接在 上支撐平臺(tái)上，阻尼器下端固定連接在支撐基座上;所述彈黃為兩個(gè)線性螺旋彈黃，兩個(gè)彈 黃分別套裝在兩個(gè)阻尼器外面，彈黃的下端固定連接在支撐基座上，上支撐平臺(tái)下面與彈 黃上端對(duì)應(yīng)處設(shè)有與彈黃上端配合的凹槽，彈黃上端置于凹槽內(nèi)；所述作動(dòng)器是電磁作動(dòng) 器，作動(dòng)器下端固定連接在支撐基座的中屯、位置上，作動(dòng)器上端與上支撐平臺(tái)接觸;所述傳 感器是速度傳感器，傳感器固定在支撐基座上表面，傳感器輸出端通過傳輸線與控制計(jì)算 模塊的輸入端相連，輸出上支撐平臺(tái)和支撐基座之間的相對(duì)速度信號(hào);所述緩沖塊為方形 橡膠緩沖塊，共兩塊，兩塊緩沖塊固定連接在上支撐平臺(tái)上表面，分別對(duì)稱布置在上支撐平 臺(tái)兩端部;所述控制計(jì)算模塊是工業(yè)PID控制器，控制計(jì)算模塊輸出端通過傳輸線與供電模 塊輸入端相連，供電模塊輸出端與作動(dòng)器輸入端相連，作動(dòng)器與供電模塊電連接，與供電模 塊形成閉合供電回路;所述優(yōu)化計(jì)算模塊是加載了模型仿真優(yōu)化計(jì)算軟件的計(jì)算機(jī)，優(yōu)化 計(jì)算模塊計(jì)算求得控制參數(shù)，通過傳輸線與控制計(jì)算模塊的輸入端相連。
[0007] 本發(fā)明所述一種礦用自卸車車箱主動(dòng)減振支撐系統(tǒng)，其特征在于:所述優(yōu)化計(jì)算 模塊加載的模型仿真優(yōu)化計(jì)算軟件是ADAMS軟件與MTLAB軟件。
[0008] 本發(fā)明所述的一種礦用自卸車車箱主動(dòng)減振支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括彈黃參數(shù) 的確定，阻尼器參數(shù)的確定，作動(dòng)器的選型，優(yōu)化計(jì)算模塊的模型仿真優(yōu)化計(jì)算程序設(shè)計(jì)， 控制計(jì)算模塊控制參數(shù)整定，上支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)和支撐基座設(shè)計(jì)，其特征在于:所述設(shè)計(jì)方法 包括W下步驟：
[0009] (1)確定彈黃剛度
[0010] W振動(dòng)過程中彈黃不發(fā)生塑性變形且彈黃處于最大壓縮狀態(tài)時(shí)，車箱與車架沒有 直接發(fā)生碰撞為參數(shù)確定基準(zhǔn)，W下述公式計(jì)算：
[00"] Smax = A (式1)
[00。]
巧 2)
[001引其中α為動(dòng)載系數(shù)，g為重力加速度值，Μ日為礦用自卸車最大承載量，咖為車箱質(zhì)量， A為車箱振動(dòng)中最大振幅約束值；
[0014] (2)作動(dòng)器輸入電流范圍和控制計(jì)算模塊控制調(diào)整
[0015] 根據(jù)車箱動(dòng)載，確定作動(dòng)器力的調(diào)節(jié)范圍，作動(dòng)器的支撐力與輸入電流成正比關(guān) 系，作動(dòng)器支撐力的調(diào)節(jié)由電流輸入范圍[Imin，Imax]確定：
[0016] lmin = 0 (式 3)
[0017] Imax= (α-1) (m〇+Mo)g/ko (式 4)
[0018] 其中α為動(dòng)載系數(shù)，g為重力加速度值，Mo為礦用自卸車最大承載量，mo為車箱質(zhì)量， ko為作動(dòng)器產(chǎn)生支撐力大小與輸入電流比值;作動(dòng)器輸入電流由供電模塊提供，供電模塊 輸出電流由控制計(jì)算模塊控制，控制計(jì)算模塊根據(jù)振動(dòng)輸出實(shí)時(shí)調(diào)整輸出信號(hào)，控制作動(dòng) 器支撐力的大小F
[0019]
(式日）
[0020] e = vd_v (式6)
[0021] 其中，Kp，Ki，Kd分別為控制計(jì)算模塊的比例系數(shù)，積分系數(shù)和微分系數(shù)，e為理想信 號(hào)和實(shí)際振動(dòng)速度V和理想振動(dòng)速度Vd差值；
[0022] (3)確定阻尼器的平均阻尼
[0023] 阻尼器(4)的平均阻尼值C:
(式7)
[0026]式中：η為減幅系數(shù)，是前后相鄰兩個(gè)振動(dòng)周期振動(dòng)幅值之比，η〉1，ωη為車箱在裝 載后的振動(dòng)固有頻率值，Mo為礦用自卸車最大承載量，mo為車箱質(zhì)量；
[0027] (4)優(yōu)化計(jì)算模塊的優(yōu)化流程
[0028] ①利用ADAMS軟件平臺(tái)建立彈黃阻尼器支撐質(zhì)量塊形式的仿真模型，其中彈黃剛 度與阻尼系數(shù)設(shè)定與步驟(1)和步驟(3)中確定值相同，質(zhì)量塊模型質(zhì)量設(shè)為mo;
[0029] ②用Matlab軟件，建立基于質(zhì)量塊mo振動(dòng)速度的PID反饋回路，調(diào)節(jié)對(duì)mo的附加支 撐力大??；
[0030] ③對(duì)流程①建立的仿真模型中的質(zhì)量塊施加豎直向下的階躍力，力的大小為(m〇+ Mo)g，Mo為礦用自卸車最大承載量，測(cè)量模型中mo的振動(dòng)；
[0031] ④用Matlab軟件中Signal Cons化aint優(yōu)化計(jì)算模塊求解，確定流程②建立的反 饋回路中的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，將求得的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)輸入 控制計(jì)算模塊，作為控制計(jì)算模塊的控制參數(shù)設(shè)定值，優(yōu)化計(jì)算模塊的數(shù)學(xué)求解模型為：
[00 創(chuàng)
（式 10)
[0033] 其中B是mo振動(dòng)超調(diào)量，To為振動(dòng)上升時(shí)間（上升到最大振幅的90%)，to為上升時(shí) 間的期望值;Τι為當(dāng)振動(dòng)第一次達(dá)到平衡位置(誤差為5%)的調(diào)節(jié)時(shí)間，ti為該調(diào)節(jié)時(shí)間的 期望值；[Pmin，Pmax]，[imin，imax]，[cUin，cUx]分別為比例系數(shù)Κρ，積分系數(shù)Κρ和微分系數(shù)Κρ的 調(diào)節(jié)范圍；
[0034] (5)支撐基座設(shè)計(jì)
[0035] 支撐基座尺寸不超過縱梁上表面，長(zhǎng)為L(zhǎng)，寬為L(zhǎng)/2，L滿足
[0036] L《W (式 11)
[0037] W為車架縱梁的寬度。
[0038] (6)上支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)
[0039] 上支撐平臺(tái)材料的屈服極限Os滿足： WD4W
試似
[0041] 其中N為安全系數(shù)，
[0042] 材料的彈性模量、板材厚度h計(jì)算，Mo為礦用自卸車最大承載量，mo為車箱質(zhì)量：
[0047]其中Qb為板材彎曲曉度，F(xiàn)v為動(dòng)載荷，Lv為鋼板在兩邊支撐，中間受到動(dòng)載時(shí)，載 荷與支撐點(diǎn)距離，E所選鋼材的彈性模量，I為板材矩形截面的慣性矩，
[004引（7)緩沖塊設(shè)計(jì)
[0049] 緩沖塊總面積不大于上支撐平臺(tái)面積，緩沖塊的厚度不小于上支撐平臺(tái)的板厚。
[0050] 本發(fā)明的作用原理:上支撐平臺(tái)和支撐基座之間通過彈黃和阻尼器連接，實(shí)現(xiàn)二 者之間基本的隔震。上支撐平臺(tái)和支撐基座之間加裝有作動(dòng)器，作動(dòng)器的力輸出值由控制 計(jì)算模塊調(diào)節(jié)。控制計(jì)算模塊通過速度傳感器測(cè)量的上支撐平臺(tái)和支撐基座之間的相對(duì)速 度信號(hào)，將測(cè)量的速度信號(hào)輸入控制計(jì)算模塊，優(yōu)化計(jì)算模塊通過模型仿真優(yōu)化計(jì)算得到 適合工況的控制參數(shù)輸入控制計(jì)算模塊，控制計(jì)算模塊控制供電模塊輸入作動(dòng)器的電流， 控制作動(dòng)器對(duì)上支撐平臺(tái)的支撐力，實(shí)現(xiàn)對(duì)車箱引起上支撐平臺(tái)振動(dòng)的主動(dòng)調(diào)節(jié)。利用優(yōu) 化計(jì)算模塊計(jì)算的PID控制參數(shù)確定PID控制器的Κρ，Ki，Kd的控制參數(shù)設(shè)定，PID控制器接受 速度傳感器測(cè)得的支撐基座與上支撐平臺(tái)的相對(duì)速度信號(hào)，并按照相應(yīng)控制參數(shù)控制供電 設(shè)備對(duì)電磁作動(dòng)器的電流輸入，進(jìn)而調(diào)節(jié)作動(dòng)器輸出的力的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制， 最終完成主動(dòng)減振支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
[0051] 本發(fā)明的有益效果：
[0052] 1該支撐系統(tǒng)在傳統(tǒng)減振炔基礎(chǔ)上，增加彈黃阻尼等彈性元件，使車箱相對(duì)車架提 升一定高度，減少了車箱在振動(dòng)過程中與車架直接撞擊概率，有效降低了結(jié)構(gòu)的碰撞破壞。
[0053] 2支撐系統(tǒng)選用彈黃阻尼器等部件，其彈性特性在惡劣工況下保持較好，提高了支 撐系統(tǒng)使用的耐久性，減少了系統(tǒng)破壞概率。提高了結(jié)構(gòu)的可靠性。且主要部件具有很大通 用性，維護(hù)成本較低。
[0054] 3支撐系統(tǒng)引入帶反饋調(diào)節(jié)的PID主動(dòng)控制系統(tǒng)，使支撐減振系統(tǒng)具有主動(dòng)調(diào)節(jié)能 力，可W做根據(jù)實(shí)際響應(yīng)實(shí)時(shí)改變對(duì)車箱振動(dòng)的調(diào)節(jié)力度，改善了支撐系統(tǒng)整體的剛度和 阻尼的非線性特性，有效提高了對(duì)車箱的減振效果，進(jìn)而減少整車在裝載工況下振動(dòng)，減少 沖擊振動(dòng)對(duì)整車的破壞，提高整車使用壽命。
[0055] 4支撐系統(tǒng)采用優(yōu)化模塊對(duì)PID控制器的相關(guān)參數(shù)即Kp，Ki，Kd進(jìn)行優(yōu)化整定，使支 撐減振效果最優(yōu)化。優(yōu)化模塊的優(yōu)化模型具有可調(diào)節(jié)性，有效提高了減振系統(tǒng)對(duì)不同車型 和工況的適應(yīng)性和通用性，降低了該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)成本。
【附圖說明】：
[0056] 圖1，主動(dòng)減振支撐系統(tǒng)總體示意圖；
[0057] 圖2,圖1的前視圖；
[005引圖3,圖1的俯視圖。
[0化9]圖中，1-傳感器、2-支撐基座、3-彈黃、4-阻尼器、5-作動(dòng)器、6-上支撐平臺(tái)、7-緩沖 塊、8-優(yōu)化計(jì)算模塊、9-控制計(jì)算模塊、10-傳輸線，11 -供電模塊。 具體實(shí)施例
[0060] W下結(jié)合附圖和實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0061] 本發(fā)明適用于50ton-36化on各載重級(jí)別的重型載重礦用自卸車車箱的減振支撐 系統(tǒng)設(shè)計(jì)。W36化on載重量的重型礦用自卸車車箱支撐系統(tǒng)為例具體說明本支撐系統(tǒng)及其 設(shè)計(jì)方法：
[0062] 礦用自卸車車箱主動(dòng)減振支撐系統(tǒng)包括在在礦用自卸車車架上表面與車箱接觸 位置加裝減振裝置，加裝的減振裝置是主動(dòng)控制的減振支撐系統(tǒng)，所述主動(dòng)控制的減振支 撐系統(tǒng)包括傳感器1，支撐基座2，彈黃3，阻尼器4，作動(dòng)器5，上支撐平臺(tái)6，緩沖塊7，優(yōu)化計(jì) 算模塊8,控制計(jì)算模塊9、傳輸線10和供電模塊11，支撐基座2和上支撐平臺(tái)6是兩塊平行的 矩形板，支撐基座2固定在礦用自卸車車架縱梁上，阻尼器4為兩個(gè)，阻尼器4是柱狀流體黏 滯阻尼器，兩個(gè)阻尼器4分別設(shè)置在上支撐平臺(tái)6和支撐基座2之間，位于上支撐平臺(tái)6和支 撐基座2兩端，在作動(dòng)器5兩邊對(duì)稱分布，阻尼器4上端固定連接在上支撐平臺(tái)6上，阻尼器4 下端固定連接在支撐基座2上;彈黃3為兩個(gè)線性螺旋彈黃，兩個(gè)彈黃3分別套裝在兩個(gè)阻尼 器4外面，彈黃3的下端固定連接在支撐基座2上，上支撐平臺(tái)6下面與彈黃3上端對(duì)應(yīng)處設(shè)有 與彈黃3上端配合的凹槽，彈黃3上端置于凹槽內(nèi)；作動(dòng)器5是電磁作動(dòng)器，作動(dòng)器5下端固定 連接在支撐基座2的中屯、位置上，作動(dòng)器5上端與上支撐平臺(tái)6接觸;傳感器1是速度傳感器， 傳感器1固定在支撐基座2上表面，傳感器1輸出端通過傳輸線與控制計(jì)算模塊9的輸入端相 連，輸出上支撐平臺(tái)6和支撐基座2之間的相對(duì)速度信號(hào);緩沖塊7為方形橡膠緩沖塊，共兩 塊，兩塊緩沖塊7固定連接在上支撐平臺(tái)6上表面，分別對(duì)稱布置在上支撐平臺(tái)6兩端部;控 制計(jì)算模塊9是工業(yè)PID控制器，控制計(jì)算模塊9輸出端通過傳輸線與供電模塊11輸入端相 連，供電模塊11輸出端與作動(dòng)器5輸入端相連，作動(dòng)器5與供電模塊11電連接，作動(dòng)器5與供 電模塊11形成閉合供電回路;優(yōu)化計(jì)算模塊8是加載了模型仿真優(yōu)化計(jì)算軟件的計(jì)算機(jī)，優(yōu) 化計(jì)算模塊8通過傳輸線與控制計(jì)算模塊9的輸入端相連。優(yōu)化計(jì)算模塊8加載的模型仿真 優(yōu)化計(jì)算軟件是ADAMS軟件與MTLAB軟件。
[0063] 設(shè)計(jì)方法如下：
[0064] 1)根據(jù)施工條件，確定彈黃3剛度
[0065] 為使支撐系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)適用，彈黃原件選用標(biāo)準(zhǔn)線性彈黃.360ton礦用自卸車最大裝 載質(zhì)量Μ日為36化on,車箱質(zhì)量m日取60ton，根據(jù)車箱與車架之間相對(duì)振動(dòng)時(shí)不發(fā)生碰撞的最 大振幅確定最大振幅約束值A(chǔ)為400mm，初步選定彈黃剛度K和最大變形量Smax，其中動(dòng)載系 數(shù)α取2.
[0066]
[0067] Smax=A = 0.4m
[0068] 2)確定作動(dòng)器5的輸入電流范圍和控制計(jì)算模塊控制調(diào)整
[0069] 根據(jù)車箱動(dòng)載，確定作動(dòng)器力的調(diào)節(jié)范圍，作動(dòng)器的支撐力與輸入電流成正比關(guān) 系，比例系數(shù)k日取105，作動(dòng)器支撐力的調(diào)節(jié)由電流輸入范圍[Imin，Imax]確定：lmin = 0
[0070] Imax= (α-1) (m〇+Mo)g/ko= (2-1) X (60000+360000) X9.8今 1〇5 = 41.16A
[0071] 故作動(dòng)器力的電流輸入范圍應(yīng)覆蓋[0,41.16A]區(qū)間。
[0072] 其中α為動(dòng)載系數(shù)，g為重力加速度值，Μ日為礦用自卸車最大承載量，m日為車箱質(zhì)量， ko為作動(dòng)器產(chǎn)生支撐力大小與輸入電流比值;作動(dòng)器輸入電流由供電模塊提供，供電模塊 輸出電流由控制計(jì)算模塊控制，控制計(jì)算模塊根據(jù)振動(dòng)輸出實(shí)時(shí)調(diào)整輸出信號(hào)，控制作動(dòng) 器支撐力的大小F
[0073]
[0074] e = vd_v
[00對(duì)其中，比例系數(shù)ko取105兩，1(1瓜分別為控制計(jì)算模塊的比例系數(shù)，積分系數(shù)和微 分系數(shù)，e為理想信號(hào)和實(shí)際振動(dòng)速度V和理想振動(dòng)速度Vd差值；
[0076] 3)確定阻尼器4平均阻尼
[0077] 根據(jù)確定的彈黃剛度K，首先估算車箱裝載后的振動(dòng)固有頻率ωη:
[007引
[0079] 設(shè)定相鄰振動(dòng)周期振幅衰減至前一周期的0.8,即確定減幅系數(shù)η
[0080]
[0081] 根據(jù)固有頻率估算值ωη和減幅系數(shù)η，計(jì)算線性阻尼器4的平均阻尼系數(shù)C:
[0082]
[0083] 根據(jù)計(jì)算得到的阻尼系數(shù)確定阻尼器型號(hào)選擇。
[0084] 4)優(yōu)化計(jì)算模塊優(yōu)化流程設(shè)計(jì)
[0085] ①利用ADAMS軟件平臺(tái)建立彈黃阻尼器支撐質(zhì)量塊形式的仿真模型，其中彈黃剛 度與阻尼系數(shù)設(shè)定與步驟1)和步驟3)中確定值相同，質(zhì)量塊模型m日質(zhì)量設(shè)為60ton;
[0086] ②用Matlab軟件，建立基于質(zhì)量塊mo振動(dòng)速度的PID反饋回路，調(diào)節(jié)對(duì)mo的附加支 撐力大小；
[0087] ③對(duì)流程①建立的仿真模型中的質(zhì)量塊施加豎直向下的階躍力，力的大小為(m〇+ M〇)g = 4.116X106N，M日為礦用自卸車最大承載量，即360ton，測(cè)量模型中m日的振動(dòng)；
[008引④用Mat lab軟件中Signal Cons化aint優(yōu)化計(jì)算模塊求解，確定流程②建立的反 饋回路中的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，將求得的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)輸入 控制計(jì)算模塊，作為控制計(jì)算模塊的控制參數(shù)設(shè)定值。求解問題是控制mo振動(dòng)超調(diào)量B最小 為目標(biāo)，設(shè)定上升時(shí)間了0《1.53，且?！?3，1(。巿瓜參數(shù)優(yōu)化范圍分別設(shè)定為[1，10000]， [1,1000],[1,100],
[0089]化計(jì)算模塊的數(shù)學(xué)求解模型為：
[0090]
[0091] 優(yōu)化計(jì)算模塊輸出控制參數(shù)Κρ，Ki，Kd
[0092] Κρ = 4504.4
[0093] Ki = 300.7
[0094] Kd=l.l
[OOM] w優(yōu)化計(jì)算輸出值設(shè)定為PID控制器中的參數(shù)Kp，Ki，Kd數(shù)值。完成PID控制器的控 制參數(shù)設(shè)置。
[0096] 5)支撐基座設(shè)計(jì)
[0097] 選用縱梁寬度W為300mm的36化on礦用自卸車為設(shè)計(jì)對(duì)象。由于下支撐基座要與車 架縱梁完全貼合焊接，選用5mm厚度45#鋼板。取基座長(zhǎng)L為300mm，寬L/2。即滿足:L《W
[0098] 6)上支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)
[0099] 上支撐平臺(tái)形狀與下支撐基座完全相同，為保證結(jié)構(gòu)可靠性，其材料應(yīng)滿足在車 箱動(dòng)載作用下不發(fā)生塑性變形，鋼板材料屈服強(qiáng)度Os應(yīng)滿足：
[0100]
[0101] N為安全系數(shù)，取5。根據(jù)鋼材型號(hào)與參數(shù)技術(shù)手冊(cè)，選用Q345鋼材。
[0102] 根據(jù)選用的Q345鋼材的彈性模量E為210G化，確定上支撐平臺(tái)厚度h
[0103] Lv=L/2 = 0.3/2 = 0.15m
[0104] Fv=Na(m〇+M〇)g = 5X2X (60000+360000) X9.8 = 4.116X 10?
[010引根據(jù)公式
[0108] 求得板厚h滿足：
[0109] 杉 39.4mm
[0110] 取板厚h為40mm，即最終確定了上支撐平臺(tái)的選材和相關(guān)尺寸。
[0111] 7)橡膠緩沖塊的設(shè)計(jì)
[0112] 根據(jù)上支撐平臺(tái)尺寸，選用2塊長(zhǎng)和寬均為100mm的橡膠緩沖塊。分布于上支撐平 臺(tái)兩邊，緩沖塊棱邊與上支撐平臺(tái)棱邊重合，采用全貼合粘接固定。
[0113] 在完成各部件的選型后，根據(jù)本發(fā)明的作用原理:上支撐平臺(tái)和支撐基座之間通 過彈黃和阻尼器連接，實(shí)現(xiàn)二者之間基本的隔震。上支撐平臺(tái)和支撐基座之間加裝有作動(dòng) 器，作動(dòng)器的力輸出值由控制計(jì)算模塊調(diào)節(jié)?？刂朴?jì)算模塊通過速度傳感器測(cè)量的上支撐 平臺(tái)和支撐基座之間的相對(duì)速度信號(hào)，將測(cè)量的速度信號(hào)輸入控制計(jì)算模塊，優(yōu)化計(jì)算模 塊通過模型仿真優(yōu)化計(jì)算得到適合工況的控制參數(shù)輸入控制計(jì)算模塊，控制計(jì)算模塊控制 供電模塊輸入作動(dòng)器的電流，控制作動(dòng)器對(duì)上支撐平臺(tái)的支撐力，實(shí)現(xiàn)對(duì)車箱引起上支撐 平臺(tái)振動(dòng)的主動(dòng)調(diào)節(jié)。利用優(yōu)化計(jì)算模塊計(jì)算的PID控制參數(shù)確定PID控制器的Kp，Ki，Kd的 控制參數(shù)設(shè)定，PID控制器接受速度傳感器測(cè)得的支撐基座與上支撐平臺(tái)的相對(duì)速度信號(hào)， 并按照相應(yīng)控制參數(shù)控制供電設(shè)備對(duì)電磁作動(dòng)器的電流輸入，進(jìn)而調(diào)節(jié)作動(dòng)器輸出的力的 大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制，最終完成主動(dòng)減振支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種礦用自卸車車箱主動(dòng)減振支撐系統(tǒng)，包括在礦用自卸車車架上表面與車箱接觸 位置加裝減振裝置，其特征在于:所述加裝的減振裝置是主動(dòng)控制的減振支撐系統(tǒng)，所述主 動(dòng)控制的減振支撐系統(tǒng)包括傳感器（1)、支撐基座(2)、彈黃(3)、阻尼器(4)、作動(dòng)器(5)、上 支撐平臺(tái)（6)、緩沖塊(7)、優(yōu)化計(jì)算模塊（8)、控制計(jì)算模塊(9)、傳輸線（10)和供電模塊 (11)，所述支撐基座(2)和上支撐平臺(tái)（6)是兩塊平行的矩形板，支撐基座(2)固定在礦用自 卸車車架縱梁上，所述阻尼器(4)為兩個(gè)，阻尼器(4)是柱狀流體黏滯阻尼器，兩個(gè)阻尼器 (4) 分別設(shè)置在上支撐平臺(tái)（6)和支撐基座(2)之間，位于上支撐平臺(tái)（6)和支撐基座(2)兩 端，在作動(dòng)器(5)兩邊對(duì)稱分布，阻尼器(4)上端固定連接在上支撐平臺(tái)（6)上，阻尼器(4)下 端固定連接在支撐基座(2)上;所述彈黃(3)為兩個(gè)線性螺旋彈黃，兩個(gè)彈黃(3)分別套裝在 兩個(gè)阻尼器(4)外面，彈黃(3)的下端固定連接在支撐基座(2)上，上支撐平臺(tái)（6)下面與彈 黃（3)上端對(duì)應(yīng)處設(shè)有與彈黃（3)上端配合的凹槽，彈黃（3)上端置于凹槽內(nèi)；所述作動(dòng)器 (5) 是電磁作動(dòng)器，作動(dòng)器(5)下端固定連接在支撐基座（2)的中屯、位置上，作動(dòng)器(5)上端 與上支撐平臺(tái)（6)接觸;所述傳感器（1)是速度傳感器，傳感器（1)固定在支撐基座(2)上表 面，傳感器(1)輸出端通過傳輸線與控制計(jì)算模塊(9)的輸入端相連，輸出上支撐平臺(tái)（6)和 支撐基座(2)之間的相對(duì)速度信號(hào);所述緩沖塊(7)為方形橡膠緩沖塊，共兩塊，兩塊緩沖塊 (7)固定連接在上支撐平臺(tái)（6)上表面，分別對(duì)稱布置在上支撐平臺(tái)（6)兩端部;所述控制計(jì) 算模塊(9)是工業(yè)PID控制器，控制計(jì)算模塊(9)輸出端通過傳輸線（10)與供電模塊（11)輸 入端相連，供電模塊（11)輸出端與作動(dòng)器(5)輸入端相連，作動(dòng)器(5)與供電模塊（11)電連 接，與供電模塊（11)形成閉合供電回路;所述優(yōu)化計(jì)算模塊(8)是加載了模型仿真優(yōu)化計(jì)算 軟件的計(jì)算機(jī)，優(yōu)化計(jì)算模塊(8)通過傳輸線與控制計(jì)算模塊(9)的輸入端相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種礦用自卸車車箱主動(dòng)減振支撐系統(tǒng)，其特征在于:所述優(yōu)化 計(jì)算模塊(8)加載的模型仿真優(yōu)化計(jì)算軟件是ADAMS軟件與MTLAB軟件。3. 權(quán)利要求1所述的一種礦用自卸車車箱主動(dòng)減振支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括彈黃(3) 參數(shù)的確定，阻尼器(4)參數(shù)的確定，作動(dòng)器(5)的選型，優(yōu)化計(jì)算模塊(8)的模型仿真優(yōu)化 計(jì)算流程設(shè)計(jì)，控制計(jì)算模塊(9)控制參數(shù)整定，上支撐平臺(tái)（6)設(shè)計(jì)和支撐基座(2)設(shè)計(jì)， 其特征在于:所述設(shè)計(jì)方法包括W下步驟： 1) 確定彈黃(3)剛度 W振動(dòng)過程中彈黃不發(fā)生塑性變形且彈黃處于最大壓縮狀態(tài)時(shí)，車箱與車架沒有直接 發(fā)生碰撞為參數(shù)確定基準(zhǔn)，W下述公式計(jì)算：其中α為動(dòng)載系數(shù)，g為重力加速度值，Mo為礦用自卸車最大承載量，mo為車箱質(zhì)量，A為 車箱振動(dòng)中最大振幅約束值； 2) 作動(dòng)器巧)輸入電流范圍和控制計(jì)算模塊(9)控制調(diào)整 根據(jù)車箱動(dòng)載，確定作動(dòng)器力的調(diào)節(jié)范圍，作動(dòng)器（5)的支撐力與輸入電流成正比關(guān) 系，作動(dòng)器(5 )支撐力的調(diào)節(jié)由電流輸入范圍[Imin，Imax]確定：其中α為動(dòng)載系數(shù)，g為重力加速度值，Μ日為礦用自卸車最大承載量，m日為車箱質(zhì)量，ko為 作動(dòng)器產(chǎn)生支撐力大小與輸入電流比值;作動(dòng)器(5)輸入電流由供電模塊(11)提供，供電模 塊(11)輸出電流由控制計(jì)算模塊(9)控制，控制計(jì)算模塊(9)根據(jù)振動(dòng)輸出實(shí)時(shí)調(diào)整輸出信 號(hào)，控制作動(dòng)器支撐力的大小F(式日） e = vd-v 試 6) 其中，Kp，Ki，Kd分別為控制計(jì)算模塊(9)的比例系數(shù)，積分系數(shù)和微分系數(shù)，e為理想信 號(hào)和實(shí)際振動(dòng)速度V和理想振動(dòng)速度Vd差值； 3) 確定阻尼器(4)的平均阻尼式中：η為減幅系數(shù)，是前后相鄰兩個(gè)振動(dòng)周期振動(dòng)幅值之比，η〉1，ωη為車箱在裝載后 的振動(dòng)固有頻率值，Mo為礦用自卸車最大承載量，mo為車箱質(zhì)量； 4) 優(yōu)化計(jì)算模塊(8)優(yōu)化流程 ① 利用ADAMS軟件平臺(tái)建立彈黃阻尼器支撐質(zhì)量塊形式的仿真模型，其中彈黃剛度與 阻尼系數(shù)設(shè)定與步驟1)和步驟3)中確定值相同，質(zhì)量塊模型質(zhì)量設(shè)為mo; ② 用Matlab軟件，建立基于質(zhì)量塊mo振動(dòng)速度的PID反饋回路，調(diào)節(jié)對(duì)mo的附加支撐力 大小； ③ 對(duì)流程①建立的仿真模型中的質(zhì)量塊施加豎直向下的階躍力，力的大小為(mo+Mo)g， Mo為礦用自卸車最大承載量，測(cè)量模型中mo的振動(dòng)； ④ 用Matlab軟件中Signal Cons化aint優(yōu)化計(jì)算模塊求解，確定流程②建立的反饋回 路中的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，將求得的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)輸入控制 計(jì)算模塊，作為控制計(jì)算模塊(9)的控制參數(shù)設(shè)定值，優(yōu)化計(jì)算模塊的數(shù)學(xué)求解模型為：其中B是mo振動(dòng)超調(diào)量，To為振動(dòng)上升時(shí)間（上升到最大振幅的90 % )，to為上升時(shí)間的 期望值;Τι為當(dāng)振動(dòng)第一次達(dá)到平衡位置(誤差為5%)的調(diào)節(jié)時(shí)間，ti為該調(diào)節(jié)時(shí)間的期望 值；[Pmin , Pmax] , [ imin , imax] , [cUin , cUax]分別為比例系數(shù)Κρ ,積分系數(shù)Κρ和微分系數(shù)Κρ的調(diào)~p 范圍； 5) 支撐基座(2)設(shè)計(jì) 支撐基座(2)尺寸不超過縱梁上表面，長(zhǎng)為L(zhǎng)，寬為L(zhǎng)/2，L滿足 L《W 試11)， W為車架縱梁的寬度； 6) 上支撐平臺(tái)（6)設(shè)計(jì) 上支撐平臺(tái)6材料的屈服極限Os滿足：(式 12) 其中N為安全系數(shù)， 材料的彈性模量、板材厚度h計(jì)算，Mo為礦用自卸車最大承載量，mo為車箱質(zhì)量：其中cob為板材彎曲曉度，F(xiàn)v為動(dòng)載荷，Lv為鋼板在兩邊支撐，中間受到動(dòng)載時(shí)，載荷與 支撐點(diǎn)距離，E所選鋼材的彈性模量，I為板材矩形截面的慣性矩， 7) 緩沖塊(7)設(shè)計(jì) 緩沖塊(7)總面積不大于上支撐平臺(tái)面積，緩沖塊(7)的厚度不小于上支撐平臺(tái)（6)的 板厚。
【文檔編號(hào)】B60P1/28GK105966474SQ201610340885
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】亓昌, 楊姝, 馮曉龍, 杜宇, 于晨
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)