【摘要】：伴隨著國(guó)內(nèi)林業(yè)總產(chǎn)值的逐年增長(zhǎng),機(jī)械化、自動(dòng)化以及智能化的造林方式和采育方式必將成為今后的發(fā)展趨勢(shì),傳統(tǒng)的林區(qū)作業(yè)底盤多為輪橋式和履帶式,在崎嶇不平的地形上,沒(méi)有自適應(yīng)調(diào)控功能,傾翻概率高。本文提出了一種改進(jìn)的六輪擺臂林用底盤,可以改變底盤位姿,來(lái)提高底盤的穩(wěn)定性,主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：1.設(shè)計(jì)了相應(yīng)的虛擬樣機(jī)模型并研制了試驗(yàn)樣機(jī),該樣機(jī)由前機(jī)架、后機(jī)架、左上擺臂、右上擺臂、左人形擺臂、右人形擺臂、左后擺臂、右后擺臂,以及6個(gè)輪胎共14個(gè)活動(dòng)部件組成。針對(duì)樣機(jī)模型確定了該試驗(yàn)樣機(jī)的尺寸質(zhì)量參數(shù)屬性和擺角范圍。在前機(jī)架擺臂鉸接中點(diǎn)處建立了底盤的基坐標(biāo)系,并采用旋量理論進(jìn)行底盤的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。2.采用Kane方程對(duì)該底盤進(jìn)行了傾翻動(dòng)力學(xué)建模,使用Fiala輪胎模型,定義了12個(gè)廣義坐標(biāo),建立底盤的普遍動(dòng)力學(xué)模型,通過(guò)純傾翻條件下底盤傾翻角速度與廣義速度和廣義角速度的關(guān)系對(duì)底盤動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,得到了最終的傾翻動(dòng)力學(xué)模型。3.結(jié)合底盤的靜態(tài)失穩(wěn)機(jī)理、底盤運(yùn)動(dòng)學(xué)以及穩(wěn)定錐判定方法,本文研究了擺臂角度對(duì)于底盤靜態(tài)穩(wěn)定性的影響,得到結(jié)論為：縱向失穩(wěn)應(yīng)減小擺角降低重心,側(cè)向失穩(wěn)應(yīng)增大傾翻軸一側(cè)擺角,減小對(duì)側(cè)擺角來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)身側(cè)向調(diào)平,并提出了六輪擺臂底盤的靜態(tài)穩(wěn)定控制策略。4.結(jié)合底盤動(dòng)態(tài)傾翻機(jī)理、傾翻動(dòng)力學(xué)模型以及TTR預(yù)警算法,本文研究了底盤速度以及擺臂角加速度對(duì)于底盤動(dòng)態(tài)失穩(wěn)的影響,得到結(jié)論為：動(dòng)態(tài)失穩(wěn)騰空過(guò)程中加大傾翻軸的擺角加速度會(huì)減小底盤的傾翻速度,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制策略,并針對(duì)單輪越障提出可一種新型主動(dòng)智能越障的算法來(lái)保持機(jī)身的穩(wěn)定。5.基于ADAMS與Simulink建立了聯(lián)合仿真平臺(tái),分別就縱坡直行、側(cè)坡直行以及動(dòng)態(tài)碰撞三種狀態(tài)進(jìn)行了仿真,通過(guò)仿真對(duì)比采用相應(yīng)的控制策略后,底盤的穩(wěn)定性得到了不同程度的的提升。對(duì)主動(dòng)智能越障進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,被動(dòng)碰撞越障下,底盤樣機(jī)的最大側(cè)傾角為4.5°,最大縱傾角為2.5°；智能越障下,底盤樣機(jī)的側(cè)傾角最大值為0.75°,最大縱傾角為0.4°,該試驗(yàn)驗(yàn)證了主動(dòng)越障的算法正確性。
[Abstract]:With the increase of gross domestic product of forestry year by year, mechanization, automation and intelligent afforestation and harvesting will be the development trend in the future. The traditional forest chassis is mostly wheel-bridge type and crawler type. In the rugged terrain, there is no adaptive control function, high tipping probability. In this paper, an improved six-wheel swing arm forest chassis is proposed, which can change the position and pose of the chassis to improve the stability of the chassis. The main research work and innovation are as follows: 1. The corresponding virtual prototype model is designed and the experimental prototype is developed. The prototype consists of front frame, rear frame, left upper pendulum arm, right upper pendulum arm, left humanoid pendulum arm, right humanoid pendulum arm, left rear pendulum arm, right rear pendulum arm. And 6 tires are composed of 14 moving parts. The size and mass parameters and swing angle range of the test prototype are determined according to the prototype model. The basic coordinate system of the chassis is established at the center point of the swing arm of the front frame, and the kinematics model of the chassis is established by using the spinor theory. The Kane equation is used to establish the dynamic model of the chassis, and the Fiala tire model is used to define 12 generalized coordinates, and the universal dynamic model of the chassis is established. The dynamic model of the chassis is simplified by the relationship between the angular velocity of the chassis and the generalized velocity and the generalized angular velocity under the condition of pure tipping, and the final tipping dynamics model .3 is obtained. Combined with the static instability mechanism of the chassis, the chassis kinematics and the method of judging the stable cone, the influence of the swing arm angle on the static stability of the chassis is studied in this paper. It is concluded that the longitudinal instability should be reduced and the center of gravity should be reduced. The lateral instability should increase the side swing angle of the tilting shaft and reduce the opposite side swing angle to realize the lateral leveling of the fuselage. The static stability control strategy of the six-wheel swing arm chassis is put forward. In this paper, the influence of chassis velocity and swing arm angular acceleration on the dynamic instability of chassis is studied by combining with the dynamic tipping mechanism of chassis, the tipping dynamic model and the TTR early warning algorithm. The conclusions are as follows: increasing the angular acceleration of the tilting shaft will reduce the turning speed of the chassis during the process of dynamic destabilization and the corresponding dynamic stability control strategy is designed. A new active intelligent obstacle surmounting algorithm is proposed to maintain the stability of the fuselage. A joint simulation platform based on ADAMS and Simulink is established. The three states of vertical slope, side slope and dynamic collision are simulated, and the corresponding control strategies are adopted. The stability of the chassis is improved to varying degrees. The test results show that the maximum side inclination angle of the chassis prototype is 4.5 擄and the maximum longitudinal inclination angle is 2.5 擄under passive collision. The maximum inclination angle of the chassis prototype is 0.75 擄and the maximum longitudinal inclination angle is 0.4 擄. This experiment verifies the correctness of the algorithm of active obstacle crossing.
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S776

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本文編號(hào)：2237047