六履帶行走裝置擔(dān)負(fù)著斗輪挖掘機(jī)、排土機(jī)和移動(dòng)式破碎站等大型機(jī)械的承重、移動(dòng)與轉(zhuǎn)向行走,其行駛特性直接影響斗輪挖掘機(jī)的工作安全性和工作效率,對(duì)多履帶機(jī)械行駛理論、機(jī)電耦合動(dòng)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(jī)械設(shè)計(jì)方法,提高其軌跡可控性并實(shí)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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“多履帶車輛機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)及自適應(yīng)控制”(No.51775225)和校企合作項(xiàng)目對(duì)六履帶機(jī)械機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)及衛(wèi)星導(dǎo)航控制技術(shù)進(jìn)行了研究,通過(guò)對(duì)六履帶機(jī)械行駛力學(xué)分析,建立了六履帶行走裝置機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型,進(jìn)行了六履帶機(jī)械行駛性能仿真,并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)機(jī)電耦合模型及數(shù)值求解方法進(jìn)行了驗(yàn)證;介紹了基于RTK的衛(wèi)星導(dǎo)航原理,搭建了六履帶機(jī)械路徑跟蹤控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái),通過(guò)多種行駛工況以及不同初始偏差的實(shí)際追蹤數(shù)據(jù),驗(yàn)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(diǎn)和驅(qū)動(dòng)方式,綜述了國(guó)內(nèi)外有關(guān)多履帶機(jī)械行駛動(dòng)力學(xué)分析、機(jī)電耦合動(dòng)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(jī)械行走裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)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(jī)的動(dòng)態(tài)方程,分別建立了六履帶機(jī)械直行工況與轉(zhuǎn)向工況下的機(jī)電耦合動(dòng)態(tài)方程,并通過(guò)數(shù)值計(jì)算分析了不同工況下履帶機(jī)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(dòng)參數(shù)對(duì)行駛性能的影響。對(duì)六履帶斗輪挖掘機(jī)的電機(jī)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試,驗(yàn)證了理論分析結(jié)果的正確。為實(shí)現(xiàn)對(duì)六履帶機(jī)械典型行駛工況機(jī)電性能參數(shù)的計(jì)算和評(píng)價(jià),開發(fā)了六履帶機(jī)械行駛性能分析平臺(tái),該平臺(tái)可分析不同履帶布置方式、履帶驅(qū)動(dòng)形式對(duì)六履帶機(jī)械穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的影響,計(jì)算相應(yīng)的機(jī)電參數(shù),并根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)了六履帶機(jī)械衛(wèi)星導(dǎo)航徑控制系統(tǒng),以六履帶機(jī)械實(shí)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(jī)械的控制需要制定模糊規(guī)則,控制六履帶機(jī)械轉(zhuǎn)向履帶組偏轉(zhuǎn)角度和各條履帶行駛速度,實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤控制。建立了六履帶機(jī)械虛擬樣機(jī)模型,通過(guò)聯(lián)合仿真分析了六履帶機(jī)械直線行駛和曲線行駛工況下控制器對(duì)六履帶機(jī)械的路徑跟蹤控制效果。結(jié)果表明,模糊PID控制器對(duì)六履帶機(jī)械的路徑跟蹤控制具有良好的控制效果,六履帶機(jī)械的實(shí)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(shí)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(yàn)證六履帶機(jī)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(jì)了六履帶車輛衛(wèi)星導(dǎo)航控制試驗(yàn)系統(tǒng),主要由六履帶試驗(yàn)樣機(jī)、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(jì)算機(jī)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。基于模糊PID控制方法,分別分析了試驗(yàn)樣機(jī)實(shí)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(yàn)結(jié)果驗(yàn)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(jī)械行駛力學(xué)模型及電耦合動(dòng)力學(xué)模型,并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。開發(fā)了六履帶機(jī)械行駛性能分析平臺(tái)及基于衛(wèi)星導(dǎo)航的六履帶機(jī)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(jì)理論及提高六履帶機(jī)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(jí)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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“多履帶車輛機(jī)電耦合動(dòng)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(lái)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(jī)為例[1]，其產(chǎn)能從早期日產(chǎn)萬(wàn)立方米以下的小型產(chǎn)品，到日產(chǎn) 4~8 萬(wàn)立方米的中型產(chǎn)品逐漸發(fā)展到日產(chǎn) 11~24 萬(wàn)立方米的大型乃至巨型斗輪挖掘機(jī)。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(jī)發(fā)展到萬(wàn)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(guò) 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(zhǎng)度必須相應(yīng)地增加，斗輪挖掘機(jī)的履帶從 3 條、4 條增至 12 條、16 條；履帶板的寬度超過(guò) 4.5m，單條履帶的接地長(zhǎng)度超過(guò)了 15m。圖 1.1 多履帶機(jī)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(jī)械駕駛?cè)藛T對(duì)機(jī)械及環(huán)境全局信息掌控較困難，因多履帶機(jī)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(jì)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(jī)事故現(xiàn)場(chǎng)。

圖 1.3 典型多履帶機(jī)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(jì)為靜定平衡梁和支重輪將載荷機(jī)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(guò)不同級(jí)數(shù)的平衡梁傳遞到各支重荷集中作用在每個(gè)支重輪的中心點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)上，保證每個(gè)支重輪都
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本文編號(hào)：2891992