海底车体转向式履带车行走性能的仿真研究

论文摘要

深海矿产资源的赋存地点存在共同特点:地形复杂多变。尤其是,海底作业车在采矿过程中将受到采掘力(达数吨力)、软管拖曳阻力、电机振动力、海水阻力和海流力等多种外力同时作用。所以,海底作业车应具有良好的机动性和牵引性,良好的附着性能和爬坡、越障能力。本文根据深海海底复杂地形作业环境,提出了一种海底作业车——海底车体转向式履带车方案,由前、后履带车分别通过一个联接机构与同一车架连接而组成。根据陆用车辆的设计经验及海底作业车的主要技术指标,对海底车体转向式履带车主要结构参数进行计算。基于ADAMS/View、ADAMS/ATV建立了海底车体转向式履带车的虚拟样机模型。同时以海底基岩的土工力学特性和行走微地形参数为基础,根据ADMAS/ATV中的地形和底质参数软件,建立符合基岩物理力学特性和行走微地形参数的平地、障碍、沟、坡、以及各类组合地形等虚拟地形,且根据ADMAS/ATV地形文件的构造和成型原理,利用C语言编写程序创建和输出新的地形文件。并进行了海底车体转向式履带车在典型工况下的行驶性能仿真研究,对各工况相关运动学、动力学参数进行了分析,对其性能作出了评价与预测。仿真分析结果表明,海底车体转向式履带车建模正确,仿真结果真实,能平稳通过合同所规定的地形指标,具有良好的越障性能,转弯时转弯平顺,具有良好的机动性。海底车体转向式履带车可作为深海复杂地形矿产资源的海底作业车的方案之一。仿真结果可为样机研制提供技术支撑。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 海底矿产资源的富存环境
• 1.1.3 课题来源与研究内容
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 陆用通过复杂地形车辆行走机构的研究现状
• 1.2.2 国内外深海采矿车研究现状
• 1.3 研究方法
• 1.3.1 虚拟样机技术
• 1.3.2 多刚体系统动力学
• 1.3.3 基于ADAMS/view、ADAMS/ATV的虚拟样机研究
• 1.4 本文的研究内容及章节框架
• 第二章 海底车体转向式履带车的方案设计
• 2.1 海底作业车的设计要求
• 2.2 海底作业车方案确定
• 2.3 海底车体转向式履带车参数的确定
• 2.4 海底车体转向式履带车的方案设计
• 2.4.1 单条履带车方案的设计
• 2.4.2 联接装置方案设计
• 2.5 小结
• 第三章 海底车体转向式履带车虚拟样机建立
• 3.1 虚拟仿真分析软件ADAMS
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 仿真软件ADAMS的基本算法
• 3.1.3 ADAMS/ATV工具箱的简介
• 3.2 海底车体转向式履带车虚拟样机
• 3.2.1 地面模型
• 3.2.2 单条履带车和联接装置虚拟样机模型
• 3.2.3 海底车体转向式履带车的虚拟样机模型
• 3.4 小结
• 第四章 海底数字化地形的构造
• 4.1 ADAMS/ATV地形的构造原理
• 4.1.1 ADAMS/ATV地形文件数据的组织和结构
• 4.1.2 ADAMS/ATV地形文件的结构
• 4.2 地形文件在ADAMS/ATV中构造
• 4.3 数字化海底地形
• 4.3.1 程序开发思路
• 4.3.2 数字化地形文件实例
• 4.3.3 三维地形在MATLAB中的实现
• 4.4 数字化地形文件仿真验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 海底车体转向式履带车的动力学仿真与分析
• 5.1 ADAMS/ATV动力学仿真方法
• 5.1.1 ADAMS求解器和求解算法
• 5.1.2 ADAMS/ATV仿真步骤
• 5.2 作业车越垂直障碍
• 5.2.1 作业车越0.5m高的垂直障碍
• 5.2.2 作业车在液压油缸辅助下越0.6m高垂直障碍
• 5.3 作业车越沟
• 5.3.1 作业车越1.0m宽的沟
• 5.3.2 作业车越1.2宽的沟
• 5.4 作业车爬坡
• 5.5 作业车平地转弯
• 5.5.1 作业车差速转向
• 5.5.2 作业车在液压油缸辅助下转向
• 5.6 本章小结
• 第六章 海底车体转向式履带车建模方法验证
• 6.1 实验原理
• 6.2 速度测试系统的设计
• 6.3 实验过程及结果分析
• 6.4 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果