混凝土泵排量实时测量方法研究

论文摘要

泵送混凝土施工工程中,混凝土的搅拌和泵送通常在相距较远的两地进行,搅拌、运输和施工方也常为三个不同的单位。建筑机械租赁业中因信息不对称而处于劣势的一方——施工用户方——提出急需混凝土泵排量的实时测量方法和系统。混凝土泵排量的实时测量不仅能给施工双方或三方的业务结算带来方便,同时还保证施工质量以及为有关部门提供监测的客观依据。本文首先介绍了混凝土泵结构类型和工作原理;根据流变学原理分析了泵送混凝土流动特征、泵送混凝土在输送管内的压力变化及影响泵送混凝土压力损失的各种因素,为排量测量方法的研究奠定了理论基础;基于仿真软件AMESim建立了混凝土泵液压系统的仿真模型,进行了仿真研究,为排量测量方法的研究提供了理论依据;根据混凝土泵工作原理建立了排量数学模型,在分析混凝土泵工作过程的基础上,分别提出基于压力的排量测量方法、基于压力和位移的排量测量方法、基于压力变化趋势的排量测量方法、基于压力变化趋势和位移的排量测量方法;基于虚拟仪器软件LabVIEW编写了混凝土泵车压力和位移数据采集程序,现场测量了泵送液压系统压力、混凝土泵出口压力和混凝土泵活塞位移;分析了混凝土泵压力和位移测量信号的特点,分别采用中值滤波、滑动平均滤波、小波变换、自适应滤波和小波自适应滤波方法,对混凝土泵压力和位移测量信号进行数据处理,根据试验数据对各种测量方案进行分析和比较;介绍了混凝土泵排量实时测量装置硬件组成和安装结构,设计了测量装置的硬件和软件,讨论了排量测量装置的抗干扰措施;最后,根据混凝土泵各个子系统工作原理,介绍了混凝土泵智能监测和控制系统硬件组成和安装结构,设计了混凝土泵智能监测和控制系统的硬件和软件。本文提出的排量测量方法通过分析混凝土泵压力和位移信号,计算每个泵送冲程的实时泵送效率系数和实际排量,将所有泵送冲程的实际排量累加,即得到混凝土泵总的实际排量。通过现场试验,本文提出的排量测量方法与现有的各种排量测量方法相比较,提高了测量准确度。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 混凝土泵简介
• 1.3 混凝土泵结构类型和工作原理
• 1.3.1 混凝土泵结构类型
• 1.3.2 混凝土泵工作原理
• 1.4 混凝土泵发展概况和发展趋势
• 1.4.1 混凝土泵发展概况
• 1.4.2 混凝土泵发展趋势
• 1.5 混凝土泵排量测量方法研究现状
• 1.5.1 基于开关传感器的测量方法
• 1.5.2 基于主液压泵排油量的测量方法
• 1.5.3 基于实测吸入容积效率的测量方法
• 1.6 课题研究意义及内容
• 1.6.1 课题研究意义
• 1.6.2 课题研究内容
• 1.7 本章小结
• 2 泵送混凝土流动特征和输送管内压力分析
• 2.1 引言
• 2.2 泵送混凝土的可泵性分析
• 2.2.1 可泵性
• 2.2.2 可泵性的评价方法
• 2.3 泵送混凝土原材料的选择和配合比的设计
• 2.3.1 原材料的选择
• 2.3.2 配合比的设计
• 2.4 流变学原理及流变方程
• 2.4.1 流变学原理
• 2.4.2 基本流变模型
• 2.4.3 流变方程
• 2.4.4 流变学原理在泵送混凝土中的应用
• 2.5 泵送混凝土流动特征
• 2.6 泵送混凝土在输送管中的压力变化
• 2.6.1 直管中的压力损失
• 2.6.2 锥管中的压力损失
• 2.6.3 弯管中的压力损失
• 2.7 泵送混凝土压力损失的影响因素分析
• 2.7.1 流动速度的影响
• 2.7.2 输送管道结构的影响
• 2.7.3 输送管道倾斜角度的影响
• 2.7.4 配合比的影响
• 2.8 本章小结
• 3 混凝土泵液压系统建模与仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 仿真软件AMESim介绍
• 3.3 泵送液压系统建模与仿真
• 3.3.1 泵送液压系统工作原理
• 3.4.2 泵送混凝土流动状态分析
• 3.3.3 泵送混凝土负载计算
• 3.3.4 泵送液压系统仿真模型
• 3.3.5 仿真结果和分析
• 3.4 摆动液压系统建模与仿真
• 3.4.1 摆动液压系统工作原理
• 3.4.2 摆动系统运动学和动力学分析
• 3.4.3 摆动液压系统仿真模型
• 3.4.4 仿真结果和分析
• 3.5 搅拌液压系统建模与仿真
• 3.5.1 搅拌液压系统工作原理
• 3.5.2 搅拌液压系统仿真模型
• 3.5.3 仿真结果和分析
• 3.6 臂架液压系统建模与仿真
• 3.6.1 臂架液压系统工作原理
• 3.6.2 臂架机构运动学和动力学分析
• 3.6.3 臂架液压系统仿真模型
• 3.6.4 仿真结果和分析
• 3.7 本章小结
• 4 混凝土泵排量测量方法理论研究
• 4.1 引言
• 4.2 混凝土泵排量测量方法研究现状
• 4.2.1 基于开关传感器的测量方法
• 4.2.2 基于主液压泵排油量的测量方法
• 4.2.3 基于实测吸入容积效率的测量方法
• 4.3 混凝土泵排量数学模型
• 4.3.1 混凝土泵工作原理
• 4.3.2 排量数学模型
• 4.3.3 实时泵送效率系数影响因素
• 4.4 混凝土泵排量测量方法
• 4.4.1 排料过程分析
• 4.4.2 基于混凝土缸压力的测量方法
• 4.4.3 基于混凝土缸压力和活塞位移的测量方法
• 4.4.4 基于主油缸压力的测量方法
• 4.4.5 基于主油缸压力和活塞位移的测量方法
• 4.4.6 基于主油缸压力变化趋势的测量方法
• 4.4.7 基于主油缸压力变化趋势和活塞位移的测量方法
• 4.5 混凝土泵排量测量方法关键问题
• 4.5.1 混凝土缸压力的测量
• 4.5.2 主油缸压力的测量
• 4.5.3 活塞位移的测量
• 4.5.4 测量数据处理方法
• 4.6 本章小结
• 5 混凝土泵压力和位移测量方法研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验混凝土泵技术参数
• 5.3 虚拟仪器及软件概述
• 5.4 试验方案
• 5.4.1 传感器的选择
• 5.4.2 数据采集卡的选择
• 5.4.3 直流电源的选择
• 5.4.4 其他试验器材
• 5.5 LabVIEW数据采集程序
• 5.5.1 数据采集
• 5.5.2 数据显示
• 5.5.3 数据存储
• 5.5.4 数据采集系统主界面
• 5.5.5 数据采集系统程序框图
• 5.6 混凝土泵压力和位移测量
• 5.6.1 混凝土泵的泵送液压系统压力测量
• 5.6.2 混凝土泵出口压力测量
• 5.6.3 混凝土缸活塞位移测量
• 5.7 测量结果分析
• 5.8 本章小结
• 6 测量信号数据处理方法研究
• 6.1 引言
• 6.2 测量信号特点分析
• 6.3 基于中值滤波的数据处理方法
• 6.3.1 中值滤波基本原理
• 6.3.2 中值滤波结果
• 6.4 基于滑动平均滤波的数据处理方法
• 6.4.1 滑动平均滤波基本原理
• 6.4.2 滑动平均滤波结果
• 6.5 基于小波变换的数据处理方法
• 6.5.1 小波变换基本概念
• 6.5.2 多分辨率分析与Mallat算法
• 6.5.3 小波变换滤波基本原理
• 6.5.4 小波变换滤波结果
• 6.6 基于自适应滤波的数据处理方法
• 6.6.1 自适应滤波基本原理
• 6.6.2 自适应滤波结果
• 6.7 基于小波自适应滤波的数据处理方法
• 6.7.1 小波自适应滤波基本原理
• 6.7.2 小波自适应滤波结果
• 6.8 本章小结
• 7 混凝土泵排量测量方法试验研究
• 7.1 引言
• 7.2 基于混凝土缸压力的测量方法
• 7.2.1 测量方法原理
• 7.2.2 测量结果
• 7.3 基于混凝土缸压力和活塞位移的测量方法
• 7.3.1 测量方法原理
• 7.3.2 测量结果
• 7.4 基于主油缸压力的测量方法
• 7.4.1 测量方法原理
• 7.4.2 测量结果
• 7.5 基于主油缸压力和活塞位移的测量方法
• 7.5.1 测量方法原理
• 7.5.2 测量结果
• 7.6 基于主油缸压力变化趋势的测量方法
• 7.6.1 测量方法原理
• 7.6.2 测量结果
• 7.7 基于主油缸压力变化趋势和活塞位移的测量方法
• 7.7.1 测量方法原理
• 7.7.2 测量结果
• 7.8 测量误差分析
• 7.9 测量方法比较
• 7.10 本章小结
• 8 混凝土泵排量实时测量装置研究
• 8.1 引言
• 8.2 排量测量装置总体设计
• 8.2.1 硬件组成
• 8.2.2 安装结构
• 8.3 排量测量装置硬件设计
• 8.3.1 TMS320VC5402数字信号处理器概述
• 8.3.2 电源与复位电路
• 8.3.3 时钟电路
• 8.3.4 JTAG仿真接口电路
• 8.3.5 存储器的扩展
• 8.3.6 模数转换电路
• 8.3.7 数模转换及4-20mA电流输出
• 8.3.8 上位机通信
• 8.3.9 显示电路
• 8.3.10 键盘的设计
• 8.4 排量测量装置软件设计
• 8.4.1 初始化模块
• 8.4.2 键盘输入模块
• 8.4.3 数据处理模块
• 8.4.4 排量测量模块
• 8.4.5 液晶显示模块
• 8.4.6 串行通信模块
• 8.5 排量测量装置抗干扰措施
• 8.5.1 硬件抗干扰措施
• 8.5.2 软件抗干扰措施
• 8.6 本章小结
• 9 混凝土泵智能监测和控制系统研究
• 9.1 引言
• 9.2 混凝土泵各个子系统工作原理
• 9.2.1 泵送液压系统
• 9.2.2 摆动液压系统
• 9.2.3 臂架和支腿液压系统
• 9.2.4 清洗和冷却系统
• 9.2.5 搅拌和润滑系统
• 9.3 系统总体设计
• 9.3.1 系统功能
• 9.3.2 硬件组成
• 9.3.3 安装结构
• 9.4 系统硬件设计
• 9.4.1 PLC选型
• 9.4.2 触摸屏
• 9.4.3 无线通信模块
• 9.4.4 流量计、传感器和报警指示灯
• 9.5 系统软件设计
• 9.5.1 初始化模块
• 9.5.2 参数测量模块
• 9.5.3 PLC控制模块
• 9.5.4 人机界面显示模块
• 9.5.5 上位机通信模块
• 9.5.6 远程通信模块
• 9.6 本章小结
• 10 总结和展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间主要的研究成果