發(fā)布時間：2020-11-20 21:03

　　 六履帶行走裝置擔(dān)負(fù)著斗輪挖掘機、排土機和移動式破碎站等大型機械的承重、移動與轉(zhuǎn)向行走,其行駛特性直接影響斗輪挖掘機的工作安全性和工作效率,對多履帶機械行駛理論、機電耦合動力學(xué)及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行研究,以完善多履帶機械設(shè)計方法,提高其軌跡可控性并實現(xiàn)其自適應(yīng)行駛是采礦裝備大型化發(fā)展急需解決的關(guān)鍵課題。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目“多履帶車輛機電耦合動力學(xué)及自適應(yīng)控制”(No.51775225)和校企合作項目對六履帶機械機電耦合動力學(xué)及衛(wèi)星導(dǎo)航控制技術(shù)進(jìn)行了研究,通過對六履帶機械行駛力學(xué)分析,建立了六履帶行走裝置機電耦合動力學(xué)模型,進(jìn)行了六履帶機械行駛性能仿真,并通過試驗對機電耦合模型及數(shù)值求解方法進(jìn)行了驗證;介紹了基于RTK的衛(wèi)星導(dǎo)航原理,搭建了六履帶機械路徑跟蹤控制系統(tǒng)試驗平臺,通過多種行駛工況以及不同初始偏差的實際追蹤數(shù)據(jù),驗證了基于RTK衛(wèi)星導(dǎo)航路徑跟蹤控制系統(tǒng)的控制效果。首先介紹了多履帶行走裝置的結(jié)構(gòu)特點和驅(qū)動方式,綜述了國內(nèi)外有關(guān)多履帶機械行駛動力學(xué)分析、機電耦合動力學(xué)、衛(wèi)星導(dǎo)航控制以及履帶車輛模糊PID控制方法的研究現(xiàn)狀;結(jié)合六履帶機械行走裝置的結(jié)構(gòu)特點和運動特性,建立了其直線行駛、穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向和非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向的力學(xué)方程,并給出了數(shù)值求解方法。建立了三相異步電機的動態(tài)方程,分別建立了六履帶機械直行工況與轉(zhuǎn)向工況下的機電耦合動態(tài)方程,并通過數(shù)值計算分析了不同工況下履帶機電參數(shù)的變化規(guī)律,分析了履帶結(jié)構(gòu)參數(shù)、驅(qū)動參數(shù)對行駛性能的影響。對六履帶斗輪挖掘機的電機參數(shù)進(jìn)行試驗測試,驗證了理論分析結(jié)果的正確。為實現(xiàn)對六履帶機械典型行駛工況機電性能參數(shù)的計算和評價,開發(fā)了六履帶機械行駛性能分析平臺,該平臺可分析不同履帶布置方式、履帶驅(qū)動形式對六履帶機械穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的影響,計算相應(yīng)的機電參數(shù),并根據(jù)設(shè)計要求提供合理的六履帶行走裝置合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)。介紹了基于RTK的衛(wèi)星定位導(dǎo)航原理,設(shè)計了六履帶機械衛(wèi)星導(dǎo)航徑控制系統(tǒng),以六履帶機械實際行路徑與預(yù)設(shè)路徑之間的距離偏差和航向角偏差作為模糊PID控制器的輸入,并根據(jù)機械的控制需要制定模糊規(guī)則,控制六履帶機械轉(zhuǎn)向履帶組偏轉(zhuǎn)角度和各條履帶行駛速度,實現(xiàn)路徑跟蹤控制。建立了六履帶機械虛擬樣機模型,通過聯(lián)合仿真分析了六履帶機械直線行駛和曲線行駛工況下控制器對六履帶機械的路徑跟蹤控制效果。結(jié)果表明,模糊PID控制器對六履帶機械的路徑跟蹤控制具有良好的控制效果,六履帶機械的實際行駛路徑能夠快速的收斂至預(yù)設(shè)路徑,且進(jìn)入穩(wěn)定行駛時距離偏差和航向角偏差均保持在較小的范圍內(nèi),滿足自主導(dǎo)航的行駛的要求。為了進(jìn)一步驗證六履帶機械衛(wèi)星導(dǎo)航控制系統(tǒng)的控制效果,基于RTK導(dǎo)航技術(shù),設(shè)計了六履帶車輛衛(wèi)星導(dǎo)航控制試驗系統(tǒng),主要由六履帶試驗樣機、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)、基于RTK導(dǎo)航的路徑跟蹤系統(tǒng)以及計算機控制系統(tǒng)組成,利用衛(wèi)星定位信息獲得預(yù)設(shè)路徑導(dǎo)航線的軌跡�；谀：齈ID控制方法,分別分析了試驗樣機實際行駛路徑與預(yù)設(shè)路徑之間的距離偏差和航向角偏差,試驗結(jié)果驗證了衛(wèi)星導(dǎo)航控制系統(tǒng)具有較好的控制效果。綜上所述,本文建立了六履帶機械行駛力學(xué)模型及電耦合動力學(xué)模型,并通過試驗進(jìn)行了驗證。開發(fā)了六履帶機械行駛性能分析平臺及基于衛(wèi)星導(dǎo)航的六履帶機械路徑跟蹤控制系統(tǒng)。論文的研究工作為完善六履帶行走裝置設(shè)計理論及提高六履帶機械行駛的智能化水平提供了參考。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD422.24;TP273
【部分圖文】：

本論文是在國家自然科學(xué)基金項目“多履帶車輛機電耦合動力學(xué)及自適應(yīng)控制”（No. 51775225）的資助下開展研究。隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源與礦產(chǎn)資源的需求量迅猛增加。露天開采作為固體資源開采的主要模式，其采礦設(shè)備的生產(chǎn)能力也越來越高，相應(yīng)的，設(shè)備外形尺寸和質(zhì)量也在逐步增加，以斗輪挖掘機為例[1]，其產(chǎn)能從早期日產(chǎn)萬立方米以下的小型產(chǎn)品，到日產(chǎn) 4~8 萬立方米的中型產(chǎn)品逐漸發(fā)展到日產(chǎn) 11~24 萬立方米的大型乃至巨型斗輪挖掘機。隨著產(chǎn)能的提升，裝備總質(zhì)量也隨之增大，從數(shù)千噸的中型斗輪挖掘機發(fā)展到萬噸以上的巨型斗輪挖掘裝備。要滿足斗輪挖掘裝備在挖掘作業(yè)、行走、爬坡以及轉(zhuǎn)向等復(fù)雜工況下的接地比壓始終不超過 150kPa[2]的條件，履帶的條數(shù)以及各條履帶的履帶板寬度和長度必須相應(yīng)地增加，斗輪挖掘機的履帶從 3 條、4 條增至 12 條、16 條；履帶板的寬度超過 4.5m，單條履帶的接地長度超過了 15m。圖 1.1 多履帶機械圖片。

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文設(shè)備巨大，周邊環(huán)境復(fù)雜，多履帶機械駕駛?cè)藛T對機械及環(huán)境全局信息掌控較困難，因多履帶機械的行駛軌跡和理想軌跡偏離較大而影響設(shè)備的工作效率和安全性。統(tǒng)計表明，由于人員操作失誤造成的礦山設(shè)備事故占總事故次數(shù)的 80%以上，其中與行走裝置相關(guān)的占 30%左右，圖 1.2 所示為多履帶斗輪挖掘機事故現(xiàn)場。

圖 1.3 典型多履帶機械布置形式帶行走裝置中，為提高單條履帶承載能力，其履帶架通常設(shè)計為靜定平衡梁和支重輪將載荷機器重量均衡傳至地面。圖 1.4 為大型履帶的梁。圖 1.4 履帶單元及平衡梁帶行走裝置將上部結(jié)構(gòu)的載荷通過不同級數(shù)的平衡梁傳遞到各支重荷集中作用在每個支重輪的中心點。從結(jié)構(gòu)上，保證每個支重輪都
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本文編號：2891992