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防风固沙草方格铺设机器人设计及动力学分析

舒庆  
【摘要】: 全球性的气候变暖和日益干旱,导致全世界范围荒漠化程度的加强和范围的扩大,尤其对我国这样一个沙漠化本已十分严重的国家更是如此。因此防治沙漠化是我国一项长期的重要工作。长期以来,生物治沙在沙漠化防治过程中占主导地位,而在干旱的沙漠地区,工程治沙是有效的治沙手段。沙漠中铺设草方格技术是我国人民在长期治沙工作中总结出来的行之有效地防风固沙方法,它把工程治沙和生物治沙相结合,更科学地解决沙漠化治理问题。 在沙漠和沙地的恶劣条件下人工铺设草方格,劳动程度大,效率低,成本高。由机械代替人工铺设草方格就成为一种合理的选择。“防风固沙草方格铺设机器人”(国家高技术研究发展计划“863计划”,项目号2002AA422170)的研究就是在这样的背景下提出的,本文以此项目为依托,运用先进的设计技术和多体系统动力学理论开展对草方格铺设机器人的研究,并用ADAMS软件对机器人进行了仿真,在内蒙古浑善达克沙地进行了试验。 本文介绍了沙漠化的形式和危害,分析了各种防沙技术的特点,重点介绍了草方格治沙法以及草方格的铺设工艺和特点。 总结了沙漠环境对作业机械的影响。结合草方格铺设要求,提出了草方格机器人的设计要求,在此基础上选择了适应沙漠环境下作业的牵引车——WTC5210沙漠车,并介绍了它的主要性能。 设计了实现草方格纵向草铺设功能的纵向机构和横向草铺设的横向机构,阐述其机械原理,并完成了实现动力和控制功能的气动系统和液压系统设计。用机械系统三维设计软件PRO/E建立了草方格铺设机器人实体模型。 在简述多体系统动力学理论的基础上,用罗伯森—维滕堡(Roberson-Wittenburg)方法对草方格机器人的结构进行了分析,建立了草方格机器人的运动学和动力学数学模型,为草方格机器人的进一步仿真和控制系统建模建立基础。 把草方格机器人的Pro/E模型通过接口软件导入功能强大的多体系统动力学分析软件ADAMS,编写了轮胎文件和地面文件,建立了草方格机器人的ADAMS模型,进行了机器人的平顺性、通过性以及剪切机构和插草机构的仿真分析。 在内蒙古浑善达克沙地进行了草方格铺设机器人试验,对机器人的通过性、平顺性、生产率、铺设质量进行了测试,得出了草方格铺设机器人基本满足设计要求的结论。


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