基于稳定角的轮式装载机倾翻失稳规律研究

摘要

轮式装载机是典型的量大面广的工程机械，由于其高效、机动性好的特点，在建筑、采矿等领域得到广泛应用。但由于其作业环境恶劣，同时作业过程中具有变质量、变结构和变重心等特点，以及瞬时的载荷冲击，导致侧、倾翻事故易发。而目前普遍采用的翻车保护结构（Roll-Over Protection structure，ROPS）并不能从根本上阻止其侧、倾翻事故的发生。同时，鉴于轮式装载机与普通公路车辆在结构、作业环境等方面的显著差异，目前在公路车辆上普遍采用的侧翻预测理论并不能直接应用于轮式装载机。因此，研究轮式装载机失稳规律、侧倾翻动态预测模型和技术对于实现作业主动安全，从根本上防止侧倾翻事故的发生具有重要意义。本文围绕以上问题，主要开展了以下工作:
　　(1)详细分析了普通公路车辆、非公路车辆以及铰接车辆在防倾翻领域的研究现状，并对最常用的危险指标以及倾翻预警策略进行了总结和对比;同时对带有摆动式驱动后桥的轮式装载机倾翻过程和机理进行进一步的探讨。
　　(2)针对轮式装载机的结构特性和工作特性，结合轮式装载机失稳理论，提出了一种适用于轮式装载机的侧倾翻危险指标——“稳定角”，并详细推导了该危险指标的计算流程。
　　(3)构建了典型轮式装载机样机1和样机2型1∶1虚拟样机模型，在不同工况下以“稳定角”作为倾翻危险指标进行ADAMS多刚体动力学仿真，进一步研究了侧倾翻规律，并基于以上样机，探讨了车身结构对车身稳定性的影响规律，研究表明前车架更长的装载机更易发生侧向失稳，而前车架更短的装载机更易发生纵向失稳。
　　(4)通过轮式装载机虚拟样机仿真分析，本文所提出的稳定角危险预测指标能较好地指示轮式装载机车身姿态、车辆安全状态以及一级、二级失稳危险，数据表明样机1、样机2在该危险指标分别达到80.5、79.7时车辆发生一级失稳，达到90时发生二级失稳。
　　(5)最后通过自主研发的试验测试系统，在实车进行了试验，其实测“稳定角”数据与ADAMS的仿真分析具有一致的规律，数据误差最大为8.9％，初步验证了基于“稳定角”的危险预测指标的可用性。
　　本文研究的轮式装载机倾翻危险指标以及倾翻规律属于该领域倾翻主动预警的前提和基础，以上工作对后续的轮式装载机倾翻主动预警系统的深入研究提供了参考思路和研究方向。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及研究意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题来源

1．2 国内外相关研究进展

1．2．1 公路车辆领域稳定性研究方法

1．2．2 非公路车辆领域稳定性研究方法

1．2．3 LTR算法机制

1．2．4 TTR算法机制

1．3 本文研究内容与技术路线

1．4 论文结构及主要工作

1．5 本章小结

第二章 基于“稳定角”的轮式装载机倾翻危险指标

2．0 本章概述

2．1 稳定角危险指标介绍

2．2 改进的稳定角危险指标算法

2．2．1 轮式装载机倾翻动力学模型

2．2．2 改进的稳定角危险指标

2．3 本章小结

第三章 轮式装载机建模与仿真

3．0 本章概述

3．1 轮式装载机建模

3．1．1 轮式装载机样机1实车参数

3．1．2 轮式装载机样机1虚拟样机建模

3．2 虚拟样机仿真试验

3．2．1 ADAMS仿真技术介绍

3．2．2 轮胎—路面模型

3．2．3 仿真工况分析

3．2．4 仿真试验边界条件

3．2．5 不同边界条件下的仿真结果

3．3 仿真数据比较、讨论分析

3．3．1 速度变化对稳定角危险指标的影响

3．3．2 转向角度变化对稳定角危险指标的影响

3．3．3 多因素综合影响分析

3．4 本章小结

第四章 车身参数对车辆稳定性影响

4．0 本章概要

4．1 样机2虚拟样机仿真试验

4．1．1 样机2虚拟样机建模

4．1．2 样机2虚拟样机仿真试验

4．2 样机2、样机1车型试验数据对比分析

4．2．1 仿真试验数据对比分析

4．2．2 车身参数对车辆稳定性影响

4．3 本章小结

第五章 轮式装载机实车试验

5．0 本章概要

5．1 轮式装载机实车试验思路

5．2 轮式装载机实车试验

5．2．1 数据采集系统

5．2．2 实车试验设备、场地布置

5．3 试验数据分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

附录

参考文献

致谢

硕士期间发表论文和专利