防风固沙草方格铺设机通过性研究

摘要

防风固沙草方格铺设机器人是国家863计划项目，对加快我国防治沙漠化进程有着重要的意义。车辆沙漠通过性是当前车辆工程研究中的关键问题，车辆在沙漠中的通过能力如何，将直接影响到草方格的铺设和整机的工作效率，车辆沙漠通过性研究是该课题的重要组成部分。 本文对车辆行走机构与地面相互作用的研究方法进行了总结和归纳，借鉴当前车辆行走机构与地面相互作用问题的研究方法和成果，为防风固沙草方格铺设机器人提供最佳牵引车和草方格铺设机的行走机构。 以内蒙古磴口县乌兰布和沙漠地区的沙土为研究对象，对沙漠沙土的物理性质和力学性质进行了试验研究。根据计算力学的基本理论，利用有限元法，建立轮胎与沙土相互作用的二维有限元模型，利用大型有限元分析软件ANSYS对驱动轮与沙土相互作用进行了数值模拟，得出轮胎作用下沙土变形、应力和位移等变化情况，求出驱动轮与沙土接触区域的各个节点的水平应力之和，从而求出驱动轮的驱动力。 利用半经验方法计算了轮胎与沙土相互作用的阻力理论预测值，并考虑推土阻力和车轮重复通过时对行驶阻力的影响；利用朗金被动土压力理论计算了草方格铺设机横向插刀推沙阻力和利用Bekker提出的承压特性模型计算了纵向滚轮压草阻力。 在内蒙古磴口县乌兰布和沙漠地区进行了承压特性试验，在试验室做了剪切特性试验；通过试验数据，理论上计算出车辆行驶时的驱动力、阻力、牵引性参数，并根据不同滑转率时的驱动力图求出整机实际工作时的滑转率，最终判断该牵引车是否符合该地区通过性的要求。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1课题的提出与意义

1.1.1选题背景及问题的提出

1.1.2研究的意义

1.2国内外研究概况

1.3车辆沙漠通过性的评价指标

1.4本文的研究方法与研究内容

1.4.1研究方法

1.4.2本文研究的主要内容

2内蒙古磴口县乌兰布和沙漠沙土的物理特性试验研究

2.1颗粒分析试验

2.2密度试验

2.3含水量试验

2.4本章小结

3防风固沙草方格铺设机整机系统要求

3.1整机的组成及工作要求

3 2草方格铺设机主要技术指标

3.3牵引车的选择及要求

3.4草方格铺设机与轮胎的选择及要求

3.5本章小结

4防风固沙草方格铺设机整机行驶阻力的理论预测

4.1整机行驶阻力的组成

4.2行走机构—沙土相互作用的理论基础

4.2.1沙土的承压特性

4.2.2沙土的剪切特性

4.3轮胎—沙土相互作用阻力的理论预测

4.3.1轮胎压实阻力

4.3.2轮胎推土阻力

4.3.3横向铺草机构插刀推沙阻力

4.3.4纵向铺草机构滚轮压草阻力

4.4本章小结

5驱动轴荷变化对整机受力的影响及接地表面尺寸的确定

5.1有关参数说明

5.2驱动轮扭矩的计算

5.3驱动轴荷对整机牵引力和行驶阻力的影响

5.4轮胎与沙土接触表面的尺寸确定

5.5本章小结

6牵引车驱动轮与沙土相互作用的数值模拟

6.1轮胎-沙土相互作用数值方法

6.2轮胎与沙土体系中轮胎本构关系的数值模拟

6.3轮胎-沙土体系接触面的数值模拟

6.4轮胎-沙土体系中沙土本构关系的数值模拟

6.5用ANSYS分析轮胎-沙土相互作用的驱动力

6.5.1有限元软件ANSYS简介

6.5.2建立有限元模型

6.5.3加载和求解

6.5.4后处理

6.6计算结果分析

6.6.1驱动轮与沙土相互作用的变形仿真分析

6.6.2驱动轮与沙土相互作用的沙土位移变化分析

6.6.3驱动轮与沙土相互作用的沙土应力变化分析

6.6.4驱动轮与沙土相互作用的接触面的应力分析

6.7本章小结

7试验研究与结果分析

7.1试验条件、目的

7.2试验用主要仪器和工具

7.3试验内容和方法

7.3.1沙土取样与物理性质测定

7.3.2沙土承压特性试验

7.3.3沙土剪切特性试验

7.4理论计算结果分析

7.4.1整机阻力

7.4.2利用经验公式计算不同滑转率下的驱动力

7.4.3通过性能评价

7.5本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢