更换托辊机器人履带式底盘的仿真与优化

为满足更换托辊机器人在煤矿井下复杂路面上以及狭窄长运距巷道内作业的需求,设计了带有姿态调整机构的履带式底盘,并结合煤矿井下的地形特征对底盘进行力学性能分析和关键部件优化。首先,利用多体动力学仿真软件RecurDyn建立履带行走机构的动力学模型,对6种经典工况进行仿真分析,通过对比履带张紧力和行驶转矩的仿真值与理论值来验证履带行走机构结构设计的合理性。然后,在ANSYS Workbench软件中对姿态调整机构进行静力学分析,并对其关键部件进行拓扑优化,以提高材料利用率并实现减重。最后,通过开展机器人行驶试验来测试履带式底盘的稳定性。结果表明,优化后姿态调整机构横移平台的最大应力降低了13.71 MPa,质量减小了36.92%;机器人在不同路况下均能稳定行驶且其姿态调整机构可正常工作。研究结果可为复杂工况下履带式煤矿机电设备的行驶性能优化提供参考。

掘进机器人行驶状态嵌入式传感系统研究

针对掘进机器人履带行驶结构作业处于高冲击、碰撞、高湿度和复杂煤岩底质等空间受限环境、受到的外部动载荷通常无法直接测量或测量比较复杂问题,提出了一种可实时监测掘进机器人履带动载荷的嵌入式传感系统无线监测方法。设计了适用于掘进机器人的特种履带行驶结构,搭建基体-夹板-无线采集模块等组成的多层复合封装防护结构,在封闭环境下对嵌入式传感系统进行无线传输特性及行驶状态下的动应力分布研究,并进行传感系统封装集成的测试精度标定试验。将嵌入式传感系统随机替换履带链环中的一块山型减振垫,对掘进机器人行驶状态周期循环的履带载荷历程进行监测测试。结果表明,该嵌入式传感系统在不改变履带链环整体受力的前提下,能实时采集履带行驶结构的动载荷并无线传输给上位机,动载荷时间历程数据完备、稳定可靠,解决了井下极端工况下掘进机器人履带行驶结构动载荷获取难题。

履带式王草收获机驱动系统设计

王草是优质的多年生饲草作物,在我国南方地区广泛种植,具有直立簇生的特征,机械化平茬收获难度大。为此,基于王草机械化收获的技术要求,提出了一种驱动系统技术方案,介绍了其结构组成和工作原理,设计研制了驱动系统。经过理论分析与计算,完成了驱动系统的主要参数匹配,并实现了驱动系统的样机搭载。性能试验表明:样机最高行驶速度可达9.13 km/h,能够在低速挡位内无级变速,直行偏驶率为4.115%,达到了王草机械化收获的作业要求。

轻简电动履带运输车的设计与试验

针对山地果园作业环境复杂,对运送装备的通过性要求高的特点,设计了一种轻简电动履带运输车,具有遥控和手动控制两种控制方式,远程遥控距离可达200m。实地样机试验结果表明:运输车的最大载荷为300kg,最大爬坡度为25°,最高车速为1.5m/s,具备原地差速转弯能力;其越障能力较强,对地形复杂、路况恶劣的山地果园环境适应性较好,能够满足山地果园的运输要求。

电驱动履带底盘的设计与应用

为达到减少施工环境污染的目的,国内对电机驱动履带的需求不断增加。本文通过对一款整机总重70 t,长度约7 m、宽度约5 m的电机驱动履带底盘的应用场景及工况参数的需求分析,进行了驱动电机及减速机的选型计算,验算了爬坡能力、制动转向能力、履带张紧力及接地比压等主要性能参数,介绍了主要部件的结构设计,为今后相类似的履带底盘设计提供参考。

基于改进海鸥优化算法的履带式拉挤机牵引装置控制研究

履带式拉挤机拉挤速度波动影响牵引装置的稳定运行,对管材质量也会造成影响。为了满足恒定拉挤速度的控制要求,以履带式拉挤机牵引装置的驱动系统为研究对象。首先,建立驱动系统数学模型,画出传递函数方块图,并提出随机权重的改进海鸥优化算法控制策略;然后,在MATLAB/Simulink软件中搭建驱动系统仿真模型,并对其在不同工况下的稳定性进行仿真,仿真结果表明,采用随机权重的改进海鸥优化算法后,驱动系统响应速度快、控制精度高,更能满足恒定拉挤速度的控制要求;最后在履带式拉挤成型试验平台进行试验验证,结果表明,仿真拉挤速度与试验拉挤速度的变化趋势基本一致,验证了仿真结果的正确性。

煤矿履带式锚杆机行驶稳定性分析与优化

针对煤矿井下某履带式锚杆机由于重心失衡,导致锚杆机在行驶过程中经常发生“栽头”现象,建立锚杆机在井下纵向、横向坡道上失稳状态的几何模型,分析锚杆机在纵向、横向坡道的行驶稳定性,得知锚杆机不满足稳定性准则要求。研究整机结构,优化设计锚杆机除尘系统及除尘部件的布置,从而优化了锚杆机的行驶稳定性。优化后的设备在神华煤炭集团神东公司哈拉沟煤矿进行了工业性试验,试验结果证明设备可以稳定行驶。

移动机器人控制系统的设计

为进一步提升工业生产的自动化、智能化水平,以及在恶劣环境下的工作效率,设计一套履带式移动机器人,在对其控制系统进行总体设计的基础上,完成了电机、电源以及动力驱动方式的关键硬件设计,并根据移动机器人的工作任务完成了跟踪模块和速度控制模块的软件控制流程设计,为其后续在工业生产的推广应用奠定基础。

自走式静液压驱动履带拖拉机的运动控制的设计

静压驱动履带拖拉机在田间作业时具有较高的环境适应性与较高的工作效率,是目前应用最为广泛的农业拖拉机之一。为此,通过将履带拖拉机模型和液压驱动泵电机模型与转速调节控制方案相结合,设计了静液压驱动履带拖拉机的运动控制系统。以履带式拖拉机的质心速度和旋转角速度为输入,基于Matlab/Simulink工具箱建立并验证了静压驱动履带式拖拉机运动控制系统,并对静液压驱动履带拖拉机转向和直线行驶的运动进行仿真分析。仿真结果表明:在模糊PID控制器的控制下,静液压驱动的履带式拖拉机能够转向并沿直线行驶,可达到自走的目标,仿真结果相对误差小于10%,可为履带拖拉机转向动力学研究提供参考。

履带运输车行走驱动液压系统的设计

由于履带行走机构具有牵引力大、接地比压低、爬坡能力强、转弯半径小等优点,在工程领域得到了广泛应用。基于北方重工320 t履带运输车,详细介绍了该履带车行走驱动液压系统的设计、参数选择以及液压元件的型号确定等方面的内容,可为类似设计提供参考。

大型双履带车辆转向性能的研究

结合露天矿用自移式破碎站实际工作特点,在考虑了履带车辆设备的偏心、履带的中心距、履带板的宽度和履带的接地长度等相关参数影响的前提下,进行了转向理论分析和驱动力计算,分析了履带驱动力与履带车辆设备的偏心、履带中心距、履带接地长度、履带板宽度、履带转弯半径之间的相互关系;明确提出了履带车辆再生功率产生的条件和变化规律,指出了履带车辆再生功率与履带车辆转弯半径的关系,研究结果对露天矿用履带车辆的设计有理论指导作用。

履带式拖拉机可视遥控驾驶系统的设计及试验

为实现履带式拖拉机超视距遥控驾驶,以农夫小机灵502履带式拖拉机为平台,设计了一套拖拉机可视遥控驾驶系统。该系统主要包括中央处理器模块、2.4 G和433 M无线模块、全景视频拼接系统、液压及电动执行机构。操作者通过可视遥控器获取拖拉机的实时作业环境图像,并发送操作命令,实现遥控操作。为适应履带式拖拉机的作业环境,控制系统电路采用了抗震和抗干扰设计。在无同频电磁干扰、无杂草的旱田进行试验,可视遥控驾驶系统的遥控距离达150 m以上,视频传输稳定、无中断,直线行驶偏差小于0.2 m,转弯半径小于1.9m,能满足农机作业要求。

静液压-机械驱动桥式履带底盘分段跟随转向控制研究

为提高静液压-机械驱动桥式履带底盘转向的可操作性及安全性,设计了一种分段跟随控制策略及利用转向盘输入的转向电控系统。根据打滑条件下履带底盘转向分析结果,求解出理论转向轨迹,并根据机械驱动桥响应复位时间进行分段处理。实际履带底盘转向轨迹根据控制策略中所划分的行驶方向角度与位置偏离限控制每一分段时间内驱动桥的离合制动器作用状态,实时跟随理论轨迹。建立了控制策略的评价方法,并进行了算法仿真和电控系统设计及实车试验。仿真结果表明控制算法履带底盘转向相对误差为5.9%-10%,执行器作用平均频率为2.5-6.6 Hz。实车试验表明,利用转向盘输入的电控转向系统可满足静液压-机械驱动式履带底盘的转向需求,能够实现驾驶人员转向意图,转向过程平稳。同时,电控系统能够有效减少履带底盘转向过程中的原地滑转,从而减小对地面和农作物的损伤。

多履带车辆行驶特性分析

根据在多体动力学软件RecurDyn中建立的动力学模型和在多领域建模仿真软件AMESim中建立的液压系统模型,构建多履带车辆的虚拟样机;以液压系统工作压力为分析对象,利用建立的虚拟样机对多履带车辆的直行和转向工况进行仿真,并通过试验进行验证。结果表明:仿真结果与试验数据非常接近,模型具有较高精度,可以为多履带车辆行驶特性的研究提供理论依据。

NF-752型履带式拖拉机自动驾驶系统

为了提高自动驾驶系统对车身纵向速度和滑移工况等影响因素的自适应能力,提出了一种基于航向预估模型的路径跟踪控制算法。首先对NF-752型履带式拖拉机进行适应性改造,将其手动转向机构和无级变速机构改造为大扭矩舵机控制,通过绝对值编码器测量两侧履带转速,利用RTK-GNSS定位系统测量车辆地理位置和车身速度,结合车载计算机和底层控制器搭建了自动驾驶系统试验平台。然后以车身速度和两侧履带速度为状态变量,考虑履带滑移率建立了航向预估控制模型,进而提出了一种基于航向预估模型的路径跟踪控制方法。最后在沥青路面分别以低速(1 km/h)、中速(5 km/h)和高速(9 km/h)进行了直线路径跟踪试验,结果显示,在不同作业速度条件下,路径跟踪误差无明显差异,最大跟踪误差为-2.00 cm,标准差为0.93 cm。进行了田间曲线路径跟踪试验,结果显示,当拖拉机以6 km/h速度跟踪曲线路径时,跟踪误差优于10 cm,在滑移区域无明显误差增大现象。试验表明,提出的航向预估控制方法对作业速度有较好的适应性,一定程度上克服了滑移现象对控制精度的影响,可满足履带拖拉机耕整地作业精度要求。

蠕动式石油井下爬行器液压系统的设计与研究

针对在水平井和大斜度井的测井、钻井等作业过程中,测井仪等工具无法靠重力下放到工作井段的问题,对大牵引力蠕动式爬行器的液压系统及其技术参数、压力特性进行了研究,提出了一种以工作液为液压传动介质的连续油管蠕动式大牵引力爬行器。根据爬行器工作原理,设计了爬行器的液压系统,根据井下作业的要求,确定了液压系统中各液压控制阀的技术参数,利用AMESIM仿真软件对该液压系统进行了建模,设置了合理的系统参数,进行了液压系统的性能仿真分析研究,获得了爬行器液压系统中安全阀、前后卡爪切换控制阀、前后推进缸切换控制阀等主要控制阀的压力特性曲线。研究结果表明:所研究设计的液压系统可以有效保证爬行器运动的可靠性,各控制阀的参数可以保证爬行器足够的牵引力,为后续样机的研制提供了理论依据。

地质灾害应急抢险钻机的履带行走仿真

中国地质科学院探矿工艺研究所研制的地质灾害应急抢险快速成孔钻机的设计阶段采用虚拟样机技术:运用三维CAD软件Solidworks设计该钻机的机体三维数字模型;利用RecurDyn多体动力学仿真软件建立该钻机履带行走装置的虚拟样机模型;在RecurDyn环境中整合组装整机并对钻机履带行走进行动力学仿真,分析钻机的行走能力,论证所设计的钻机在进行抗滑桩、边坡加固、钻掘生命通道等地质灾害防治施工工况时的行走稳定性。达到缩短履带钻机研发周期、减少该产品开发成本的目的。

湿地推土机终传动系统动力学仿真分析

湿地推土机的工作路面是沼泽地面,终传动系统是湿地推土机的重要组成部分,能够将发动机输出的转速和力矩进行减速增矩,将动力传递到行走系统.由于结构形式复杂,如果采用传统的理论方法计算终传动系统各零部件受力形式,计算过程十分复杂.利用多体系统动力学理论建立湿地推土机动力学模型,对直线推土和满载转向两个工况中终传动系统的重要零部件——一级齿轮、二级齿轮、半轴以及大齿圈轮毂进行受力分析,为半轴与大齿圈轮毂的改进提供参考.

智能控制技术在履带式拖拉机上的应用研究

为解决履带式拖拉机控制系统智能化程度不高、动力不足、环境适应能力不强的问题,针对其智能化控制系统进行了设计和改进。拖拉机采用分布控制管理系统进行控制,采用CAN总线实现通信,主要组成为总控制器、变速器控制、换挡/离合、油门控制器、转向控制器和悬挂控制器。通过对其履带式驱动桥进行改进,包括采用行星式转向机构和液压系统进行控制,提高了履带式拖拉机的动力和性能。实验室和田间试验结果表明:履带式拖拉机的控制系统可完成对拖拉机的智能控制,保证了其稳定行驶,能够满足拖拉机的设计和性能要求。

农用履带收割机典型路况下的动力学仿真分析

为全面分析某型农用履带收割机在典型路况下的动力学特性,以多刚体系统动力学理论为基础,建立了该型收割机的多体系统动力学模型,通过理论结果与仿真结果的对比验证了模型及方法的真实性,并在此基础上开展了B级随机路面与含垂直土丘等极限路况下的行驶动力学仿真研究。结果表明：车辆以两种典型速度通过B级随机路面时,除了少数起伏较大的位置上加速度值较大外,其他位置上的垂向加速度在3个重力加速度以下;当该收割机以典型车速通过0.1m障碍时,车速越高,车体的垂向加速度越大,车体的振动频率越大;而以典型速度分别通过0.1 m和0.15 m障碍时,车速相同情况下,随着障碍高度的增加,车体的最大垂向加速度值呈1.5~2.2倍左右的增加。所述研究方法及结果可为该类农用履带收割机的研发及改进提供参考。