吊管机协同作业负载安全系统研究

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1、学校代码：10289分类号：TE978密级：公开学号：142020023江苏科技大学硕士学位论文吊管机协同作业负载安全系统研究研究生姓名孙健导师姓名王琪申请学位类别工学硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业机械电子工程论文提交日期2017年04月30日研究方向机电设备控制及其论文答辩日期2017年06月05日自动化答辩委员会主席评阅人2017年6月5日分类号：TE978密级：公开学号：142020023江苏科技大学硕士学位论文吊管机协同作业负载安全系统研究学生姓名孙健指导教师王琪教授江苏科技大学二O一七年六月AThesisSubmittedinFulfillmentoft

2、heRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringSubmittedbySunJianSupervisedbyWangQiJiangsuUniversityofScienceandTechnologyJune,2017江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文

3、作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要摘要吊管机作为管道施工的专用起重工程机械，是石油天然气管道铺设的关键设备。随着国民经济的快速发展，在复杂环境和负载情况下要求起重设备具备多

4、台协同起吊作业的能力，尤其在管道整体下沟工程中，大多数情况下需要多台吊管机协同作业，在传统多机协同过程中驾驶人员根据自己的主观经验目测协同作业，各台吊管机也只能监控自身的负载情况，对于整体长管道起吊负载变化无法获得较为准确的判断，经常会出现某台吊管机处于过高或过低负载的状态，不利于整体管道下沟的作业效率以及安全保护。针对上述情况本课题提出了对吊管机协同作业负载安全系统的研究，首先对履带式吊管机的负载稳定性情况进行分析，着重分析了配重结构的运动情况，运用CREO2.0建立数字化配重机构模型，仿真分析了配重展开的过程，得到了油缸行程与配重质心位置变化的线性比例关系曲线，进一

5、步通过起吊试验平台验证了这一关系实际的可靠性，此外采用分段多项式插值法拟合了履带吊关机额定起重量与吊臂幅度的关系，在保证曲线关系拟合精度波动不大的情况下减小求解的计算量；其次，对采用管线自动下沟器的多台吊管机整体管道下沟过程中各台吊管机的负载情况进行受力分析，确立了在安全额定负载范围内，以每台吊管机的剩余额定载荷平均分配为负载分配优化目标的载荷分配策略；然后根据载荷分配策略确立了负载安全系统的总体方案，并设计了基于DSP的主控电路、外设输入输出控制电路以及基于ZigBee的吊管机无线组网模块的组网搭建方案，在软件系统中详细的给出了各个功能模块的程序设计以及无线通信组网的

6、数据传输过程，给出了配重机构负载自调节的控制过程并设计了多台吊管机负载安全系统控制策略，即利用基于ZigBee的组网模块将各台吊管机的DSP控制器进行无线组网，使得各台吊管机的负载安全数据能够交互共享，由节点吊管机控制器计算出各台吊管机合适的分配负载并传输给各台吊管机，从而对整体管道下沟过程的负载进行实时合理分配与安全监控；最后进行无线组网模块与控制器节点的多跳通信以及与上位机的组网通信数据有效性测试，整体通信环路成功率、通信速度与收发频率满足多吊管机组网通信要求。整个负载安全系统的研究与设计为吊管机协同作业的智能化提供了借鉴与参考方向。关键词吊管机；负载分配；协同作业

7、；DSP控制；ZigBee无线组网；IAbstractAbstractPipelayerhasbeenappliedinspecificloadingmechanicssuchasoilandgaspipelinesconstruction.Withtherapiddevelopmentofnationaleconomy,multi-pipelayersarerequiredtoworktogetherincollaborationundercomplexcircumstanceandloadingcasesespeciallyinthe