软底质行驶履带式实验车的设计研究

摘要

集矿机作为深海多金属结核采矿系统的重要组成部分，行驶在6000m的深海底。深海底沉积物具有低承载性和低剪切性，是一种完全不同于陆地的“稀软”特性的极限底质，集矿机在行驶过程中存在沉陷和打滑等问题，同时深海底环境复杂，因此如何控制履带式集矿机按照预定的轨迹安全、平稳的行驶，从而实现高效的采矿，是目前深海集矿机研究的主要内容。本文针对履带式集矿机防滑控制、定位、路径规划和跟踪等行驶问题的实验研究需求，研制了一台软底质行驶履带式实验车。
　　 根据深海集矿机的基本构成和中国集矿机的基本情况，结合实验要求以及实验室基本条件，提出了履带式实验车的设计要求，并对实验车总体方案进行了研究。实验车由履带行走系统、动力及传动系统、控制系统以及供电系统四部分组成。
　　 对软底质行驶履带式实验车关键部件进行了设计和分析;对履带板的结构参数进行了设计研究，获得了履带式实验车驱动轮主轴转矩等参数。在多刚体动力学仿真软件ADAMS/ATV中，对实验车进行了软路面行驶仿真分析，验证了实验车设计的合理性。
　　 通过对测控子系统和监控子系统的功能分析，完成了实验车控制系统的硬件和软件的设计。针对实验车上电气设备受到的来自伺服驱动器的电磁干扰问题，采取了必要的抗干扰措施。
　　 在软底质条件下，对所研制的履带式实验车进行了实验研究，实验结果表明实验车行走稳定，控制系统可靠实用，实验数据能够正常采集，实验车可作为集矿机软底质行驶问题研究的实验平台。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外海底集矿机的研究发展现状

1．2．1 国外海底集矿机研究现状

1．2．2 国内集矿机研究现状

1．3 国内外软底质条件下履带式集矿机行驶问题的研究现状

1．3．1 国外软底质条件下履带式集矿机行驶问题的研究现状

1．3．2 国内履带式软底质条件下集矿机行驶问题的研究现状

1．4 课题来源及研究目的

1．5 本文研究内容及章节安排

第二章 软底质行驶履带式实验车方案研究

2．1 深海集矿机的基本构成和中国深海集矿机

2．2 深海采矿作业中履带式集矿机的行驶问题

2．3 软底质行驶履带式实验车设计要求及方案研究

2．3．1 软底质行驶履带式实验车设计要求

2．3．2 软底质行驶履带式实验车总体方案研究

2．6 本章小结

第三章 软底质行驶履带式实验车关键机构设计与分析

3．1 履带行走系统关键零部件的结构设计与分析

3．1．1 驱动轮结构参数设计

3．1．2 负重轮结构参数设计

3．1．3 张紧装置及张紧轮结构参数设计

3．1．4 行走架的结构参数设计

3．2 履带的结构参数设计与分析

3．2．1 履带结构设计

3．2．2 履刺驱动面倾角分析

3．2．3 履刺高度分析

3．3 履带式实验车动力及传动系统设计与分析

3．3．1 蜗轮蜗杆减速机的选取

3．3．2 驱动电机的选取

3．4 实验车软地面行驶仿真分析

3．4．1 实验车动力学仿真模型的建立

3．4．2 仿真边界条件设置

3．4．3 仿真结果分析

3．5 本章小结

第四章 软底质行驶履带式实验车控制系统设计

4．1 控制系统方案设计

4．2 履带式实验车控制系统硬件设计

4．2．1 实验车监控子系统硬件设计

4．2．2 实验车测控子系统硬件设计

4．2 履带式实验车控制系统软件设计

4．2．1 实验车测控子系统软件设计

4．2．2 实验车监控子系统软件设计

4．3 履带式实验车控制系统抗电磁干扰

4．4 本章小结

第五章 软底质行驶履带式实验车实验研究

5．1 实验车

5．2 实验目的

5．3 实验内容及原理

5．4 实验结果与分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文研究内容总结

6．2 研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的研究成果