一种液压绞车设计优化方法、系统及电子设备

本发明涉及液压绞车控制，特别是涉及一种液压绞车设计优化方法、系统及电子设备。

背景技术：

1、液压绞车的设计与投入使用需要经过以下过程：性能指标确定、液压绞车设计、建模与仿真、样机试验、试验结果处理与分析，以及超载性能的分析和参数优化。其中，性能指标确定包括放缆/回收速度、最大负载质量和液压系统压力；液压绞车设计包括液压泵、伺服阀、液压马达的参数设置和液压马达的型号确定；建模与仿真包括绞车液压系统的流量方程和传递函数、动力学方程的数学建模与求解、以及物理建模与仿真等；样机试验包括液压系统关键部件性能测试、超载性能分析和整体绞车性能测试；试验结果处理与分析包括对鲁棒性、平顺性和操纵稳定性的评价。

2、液压绞车控制一般依赖于建模仿真技术，液压绞车建模和仿真阶段一般利用matlab软件搭建数学模型，而amesim软件搭建液压系统模型，难以满足数据可视化和交互的需求。例如修改元部件参数时，amesim需要从液压图中单个寻找逐一修改，工作量巨大。综上可知，现有的液压绞车仿真与开发技术需要使用多个工业软件，存在难以集成建模、软件成本高和开发周期长的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种液压绞车设计优化方法、系统及电子设备，能够减低液压绞车设计优化的工作量，提高优化效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种液压绞车设计优化方法，包括：

4、获取液压绞车原理图；

5、基于所述液压绞车原理图确定液压绞车参数；所述参数包括部件的结构尺寸参数和性能参数；所述部件包括供能部件、控制部件、传动部件和负载；所述传动部件包括滚筒和钢丝绳；

6、根据液压绞车参数，基于阀泵工作原理，确定液压环节传递函数；

7、基于液压环节传递函数和液压绞车设计方案的参数，确定液压绞车系统结构图；

8、根据液压绞车参数，基于钢丝绳的弹性变形原理，确定传动部件-负载传递函数；

9、根据所述液压环节传递函数、所述传动部件-负载传递函数和液压绞车系统结构图，搭建液压绞车虚拟试验台；

10、基于所述液压绞车虚拟试验台，进行液压绞车设计。

11、可选的，基于所述液压绞车虚拟试验台，进行液压绞车设计，包括：

12、获取多个性能指标预设值；

13、获取任一液压绞车设计方案为当前液压绞车设计方案；

14、利用所述液压绞车虚拟试验台方运行当前液压绞车设计方案，确定当前液压绞车设计方案的多个当前性能指标值；

15、确定任一当前性能指标值与对应性能指标预设值的差值的绝对值为衡量值；

16、确定所有当前性能指标的衡量值之和为当前液压绞车设计方案的总衡量值；

17、更新当前液压绞车设计方案并返回步骤“利用所述液压绞车虚拟试验台方运行当前液压绞车设计方案，确定当前液压绞车设计方案的多个当前性能指标值”直至总衡量值处于总衡量值区间；

18、按照当前液压绞车设计方案设计液压绞车。

19、可选的，搭建所述液压绞车虚拟试验台的软件为mworks软件。

20、可选的，所述液压环节传递函数为：

21、

22、其中，φsf为液压环节传递函数；ql为负载流量；yref为参考位移；kq为伺服阀流量增益系数；ksf为伺服阀主阀芯位移增益；ωsv为阀固有频率；ζsv为伺服阀阻尼比；s为拉普拉斯变量。

23、可选的，所述传动部件-负载传递函数为：

24、

25、其中，x2为负载端位移；m为负载质量；g为重力加速度；j1为滚筒转矩；r为滚筒半径；k为钢丝绳等效弹性系数；y为马达输出。

26、一种液压绞车设计优化系统，包括：

27、液压绞车原理图获取模块，用于获取液压绞车原理图；

28、参数确定模块，用于基于所述液压绞车原理图确定液压绞车参数；所述参数包括部件的结构尺寸参数和性能参数；所述部件包括供能部件、控制部件、传动部件和负载；所述传动部件包括滚筒和钢丝绳；

29、第一传递函数确定模块，用于根据液压绞车参数，基于阀泵工作原理，确定液压环节传递函数；

30、液压绞车系统结构图确定模块，用于基于液压环节传递函数和液压绞车设计方案的参数，确定液压绞车系统结构图；

31、第二传递函数确定模块，用于根据液压绞车参数，基于钢丝绳的弹性变形原理，确定传动部件-负载传递函数；

32、液压绞车虚拟试验台搭建模块，用于根据所述液压环节传递函数、所述传动部件-负载传递函数和液压绞车系统结构图，搭建液压绞车虚拟试验台；

33、液压绞车设计模块，用于基于所述液压绞车虚拟试验台，进行液压绞车设计。

34、一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行所述的一种液压绞车设计优化方法。

35、可选的，所述存储器为可读存储介质。

36、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

37、本发明提供的一种液压绞车设计优化方法、系统及电子设备，分析绞车液压系统，采用负载敏感型变量泵控配合比例换向阀、双向平衡阀、控制制动器用的高压梭阀实现对双速液压马达的调速与制动；分析与计算拖曳绞车主要执行构件和液压元件的技术参数；建立液压泵、液压马达、液压阀的流量方程和连续性方程，以及阀芯的运动方程，对液压系统回路的数学模型进行建模，理论分析绞车液压系统动态特性；使用mworks进行液压绞车的集成仿真与设计，将液压绞车的数学模型计算、液压原理分析集成建模，极大减小绞车建模与分析的软件成本；将数学建模与液压原理分析集成，加快开发周期。在最终得到的液压绞车虚拟试验中，直观得到不同结构参数对绞车性能的影响，提高绞车的设计和控制优化效率。

技术特征：

1.一种液压绞车设计优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种液压绞车设计优化方法，其特征在于，基于所述液压绞车虚拟试验台，进行液压绞车设计，包括：

3.根据权利要求1所述的一种液压绞车设计优化方法，其特征在于，搭建所述液压绞车虚拟试验台的软件为mworks软件。

4.根据权利要求1所述的一种液压绞车设计优化方法，其特征在于，所述液压环节传递函数为：

5.根据权利要求4所述的一种液压绞车设计优化方法，其特征在于，所述传动部件-负载传递函数为：

6.一种液压绞车设计优化系统，其特征在于，包括：

7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至5中任一项所述的一种液压绞车设计优化方法。

8.根据权利要求7所述的一种电子设备，其特征在于，所述存储器为可读存储介质。

技术总结
本发明的目的是提供一种液压绞车设计优化方法、系统及电子设备，方法包括：基于液压绞车原理图确定液压绞车参数；根据液压绞车参数，基于阀泵工作原理，确定液压环节传递函数、液压绞车系统结构图和传动部件‑负载传递函数；根据液压环节传递函数、传动部件‑负载传递函数和液压绞车系统结构图，搭建液压绞车虚拟试验台；基于液压绞车虚拟试验台，进行液压绞车设计。本发明通过液压绞车虚拟试验台进行液压绞车设计，能够减低液压绞车设计优化的工作量，提高优化效率。

技术研发人员：王少萍,张超,杜韶阳,段小川,陈仁同
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12