一种六轮铰接摆臂林用底盘的设计及其通过性研究
发布时间：2021-06-24 09:24
目前的林业装备底盘在面对灌丛、障碍、陷坑、陡坡、高山角等困难立地时存在一定的局限性,高通过性稳定性底盘的研发有助于解决林业装备困难立地的作业问题。本文提出了一种新的六轮铰接摆臂林用底盘结构,该底盘具有更大的调整范围,保障底盘能够更平稳的通过障碍,主要研究工作和创新点如下:1.结合林业机械底盘和铰接移动机器人的特点提出了一种新的六轮铰接摆臂底盘结构,沿用林业机械底盘的铰接转向形式,首次使用四杆摆臂机构与门式摆臂桥串联的方式来作为底盘摆臂,基于遗传算法优化了摆臂参数和液压油缸的安装位置与行程,采用有限元法进行了摆臂校核,完成了底盘设计,并按照10:1的尺寸比例研制了试验样机。2.底盘轮廓通过能力分析:采用G-K算法计算底盘自由度,运用旋量理论进行底盘的运动学建模得到轮心坐标,根据运动学模型得到底盘的坡度调平能力为侧坡调平28.7°,纵坡调平22°,最小通过半径为3088 mm。基于有限段法对试验样机底盘进行柔性轮心坐标修正,结合试验样机数据,验证底盘运动学的正确性。通过对比证明该底盘具有良好的轮廓通过性。3.底盘的越障动态特性分析:基于一定的假设条件,采用拉格朗日方程对底盘进行了越障动力学...
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)2009-2018全国造林完成情况(b)2009-2018全国林业产业总产值及增长速度Fig.1.1(a)ForestationofChinafrom2009to2018
一种六轮铰接摆臂林用底盘的设计及其通过性研究2图1.2(a)2009-2018全国木材及主要(b)2009-2018林业系统在岗职工林产工业产品质量年平均工资与增长速度Fig.1.2(a)2009-2018QualityofwoodandmainforestproductsinChina(b)2009-2018Annualaveragewageandgrowthrateofondutystaffinforestrysystem我国的三大林区（东北林区、西南林区、南方林区）地形十分复杂。包括大兴安岭、小兴安岭及长白山在内的东北林区，是我国最大林区，山环水绕，绵延几千里，林区的地形特点以山地、丘陵为主；西南林区主要包括四川、云南、西藏三省交界处的横断山区，以及西藏东南部的喜马拉雅山南坡等地区，地势险峻，为山地地形；秦岭、淮河以南，云贵高原以东的广大地区，属于我国第三个大林区——南方林区（东南林区），是我国热带和亚热带的森林宝库，以山地、丘陵地形为主。我国林区主要的地形特点是山地和丘陵，三大林区山地的平均坡度10°~25°，局部地段形成36°~45°的陡坡，树木间距一般在1.5m~2m左右，路面崎岖不平，因此，实现林区作业机械化需首先解决装备的“上山入林”问题，即装备的底盘问题。解决装备底盘问题是大力发展森林工程装备的基础，装备底盘的好坏直接制约着装备的未来发展。1.2国内外林业机械底盘的研究进展1.2.1国内林业机械底盘技术发展历程我国林地存在很多的非结构路面，包括：起伏、垂直障碍、沟壑以及斜坡等。林地的复杂性对于林业装备底盘的要求较高，林业机械底盘需要具备较高的通过性（郭世怀等，2013；沈嵘枫等，2009；沈嵘枫等，2009）和稳定性（孙治博等，2012；王猛猛等，2009；王猛猛，2010；苏永涛等，2014；李志珑，2018；李志珑，2019）。1955-1960年，北京林业大学顾正平教授赴前苏联列宁格勒林学院机械系（现彼?
有效地应对地面的凹凸，保持车体的稳定，适用于南方人工林地起伏较小的路面行驶与作业（魏占国等，2010；魏占国，2011）。针对更小株距的林地作业，研究所同时完成了试用于我国林区的小转弯半径底盘的研制（内侧轮转弯半径小于1.8m）。2012年，研究所完成了第二代轮式采育机虚拟样机的设计，该设计旨在减少采育机对林区路面的破坏以及提高采育机作业稳定性，第二代轮式采育机缩短了外形尺寸，优化了底盘车架结构，降低了整车的重心设计并优化了新型的采育机底盘（孙治博等，2012；孙治博等，2012；孙治博等，2013）。图1.3多功能林木联合采育机图1.4履带式采育机Fig.1.3Multi-functionForestryHarvesterFig.1.4TrackerHarvester2010年11月，徐州工程机械科技股份有限公司为适合复杂地形作业研发了ET110型步履式挖掘机（今日工程机械，2011）。采用全轮驱动、全轮转向、轮腿复合的结构。爬坡能力为45°，可以在最大35°的斜坡上作业。目前，该设备已经不在官网产品名单中。2012年，北京林业大学林业与环境特种装备研究所与中国福马集团共同研发了国内第一台履带式林木联合采育机，并于广东雷州进行了采育机林区进行采育机作业试验，采育机履带底盘越障试验（韩东涛，2016）。随后，徐工开发了XE210F履带底盘伐木机。国机常林研发了630A挖掘装载机，采用普通轮桥式底盘，加装了辅助支撑结构，能够获得更好的稳定性，具备30°的爬坡能力。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多模式两轮移动机器人的设计与运动分析[J]. 何妍颖,李晔卓,武建昫,刘兴杰,姚燕安. 机械工程学报. 2019(23)
[2]双摆臂履带可变形机器人结构设计与越障性能研究[J]. 孟广耀,王振华,黄居鑫,郭彬,孙宏洁. 机械传动. 2019(08)
[3]面向无人车运动规划问题的VFH算法[J]. 屈盼让,薛建儒,朱耀国,肖鹏. 计算机仿真. 2018(12)
[4]汽车接近角及离去角定义及检测方法概述[J]. 刘爽,唐兴贵,应宇汀,康燕妮. 时代汽车. 2018(03)
[5]南方丘陵地区CFJ20H 8W采伐机底盘初步结构确立[J]. 张小珍,沈嵘枫,林曙,周新年,许浩. 鸡西大学学报. 2016(12)
[6]基于工作小臂的履带式林木采育机越障能力分析与研究[J]. 韩东涛,刘晋浩. 北京林业大学学报. 2016(07)
[7]变幅轮腿机器人智能越障步态规划与平稳性分析[J]. 孙治博,刘晋浩,于春战,阚江明. 农业工程学报. 2015(16)
[8]基于路面不平整度的车辆动荷载系数分析[J]. 杨春风,解帅,孙吉书. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2015(04)
[9]林木联合采育机作业过程中的稳定性[J]. 苏永涛,刘晋浩,丁小康. 东北林业大学学报. 2014(10)
[10]基于Matlab遗传算法优化工具箱的应用[J]. 刘国春,费强,赵武云,戴飞. 机械研究与应用. 2014(02)
博士论文
[1]林用六轮摆臂轮腿底盘设计及其越障性能研究[D]. 韩东涛.北京林业大学 2016
[2]基于履带—地面耦合系统的低速履带车辆通过性研究[D]. 姚禹.吉林大学 2016
[3]基于车轮力测试的车辆地面通过性关键技术研究[D]. 杨帆.东南大学 2016
[4]林木联合采育机底盘设计理论研究与应用[D]. 魏占国.北京林业大学 2011
[5]少自由度机器人机构一体化建模理论、方法及工程应用[D]. 刘海涛.天津大学 2010
硕士论文
[1]林用六轮摆臂轮腿底盘优化设计及仿真控制研究[D]. 曾泽晨.北京林业大学 2019
[2]视觉循线导航AGV动态避障算法研究[D]. 刘嫚玉.沈阳工业大学 2019
[3]柔性机械臂运动学参数标定与精度补偿技术研究[D]. 王蕾.北京邮电大学 2019
[4]基于激光导航AGV路径规划与避障算法的研究[D]. 李珍惜.西安科技大学 2019
[5]AGV视觉引导算法研究[D]. 陈强.江南大学 2019
[6]面向多人场景的博物馆导览机器人自动避障技术研究[D]. 刘传.哈尔滨工业大学 2019
[7]全地形轮式移动机器人设计与性能分析[D]. 王奉晨.西南交通大学 2018
[8]六轮全地形移动机器人的结构设计及样机研制[D]. 关似玉.北京石油化工学院 2016
[9]基于林相改造的桉树人工林空间结构调控技术研究[D]. 朱英娟.华南农业大学 2016
[10]室内服务机器人的导航研究[D]. 何武.中国科学技术大学 2011
本文编号：3246831
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)2009-2018全国造林完成情况(b)2009-2018全国林业产业总产值及增长速度Fig.1.1(a)ForestationofChinafrom2009to2018
一种六轮铰接摆臂林用底盘的设计及其通过性研究2图1.2(a)2009-2018全国木材及主要(b)2009-2018林业系统在岗职工林产工业产品质量年平均工资与增长速度Fig.1.2(a)2009-2018QualityofwoodandmainforestproductsinChina(b)2009-2018Annualaveragewageandgrowthrateofondutystaffinforestrysystem我国的三大林区（东北林区、西南林区、南方林区）地形十分复杂。包括大兴安岭、小兴安岭及长白山在内的东北林区，是我国最大林区，山环水绕，绵延几千里，林区的地形特点以山地、丘陵为主；西南林区主要包括四川、云南、西藏三省交界处的横断山区，以及西藏东南部的喜马拉雅山南坡等地区，地势险峻，为山地地形；秦岭、淮河以南，云贵高原以东的广大地区，属于我国第三个大林区——南方林区（东南林区），是我国热带和亚热带的森林宝库，以山地、丘陵地形为主。我国林区主要的地形特点是山地和丘陵，三大林区山地的平均坡度10°~25°，局部地段形成36°~45°的陡坡，树木间距一般在1.5m~2m左右，路面崎岖不平，因此，实现林区作业机械化需首先解决装备的“上山入林”问题，即装备的底盘问题。解决装备底盘问题是大力发展森林工程装备的基础，装备底盘的好坏直接制约着装备的未来发展。1.2国内外林业机械底盘的研究进展1.2.1国内林业机械底盘技术发展历程我国林地存在很多的非结构路面，包括：起伏、垂直障碍、沟壑以及斜坡等。林地的复杂性对于林业装备底盘的要求较高，林业机械底盘需要具备较高的通过性（郭世怀等，2013；沈嵘枫等，2009；沈嵘枫等，2009）和稳定性（孙治博等，2012；王猛猛等，2009；王猛猛，2010；苏永涛等，2014；李志珑，2018；李志珑，2019）。1955-1960年，北京林业大学顾正平教授赴前苏联列宁格勒林学院机械系（现彼?
有效地应对地面的凹凸，保持车体的稳定，适用于南方人工林地起伏较小的路面行驶与作业（魏占国等，2010；魏占国，2011）。针对更小株距的林地作业，研究所同时完成了试用于我国林区的小转弯半径底盘的研制（内侧轮转弯半径小于1.8m）。2012年，研究所完成了第二代轮式采育机虚拟样机的设计，该设计旨在减少采育机对林区路面的破坏以及提高采育机作业稳定性，第二代轮式采育机缩短了外形尺寸，优化了底盘车架结构，降低了整车的重心设计并优化了新型的采育机底盘（孙治博等，2012；孙治博等，2012；孙治博等，2013）。图1.3多功能林木联合采育机图1.4履带式采育机Fig.1.3Multi-functionForestryHarvesterFig.1.4TrackerHarvester2010年11月，徐州工程机械科技股份有限公司为适合复杂地形作业研发了ET110型步履式挖掘机（今日工程机械，2011）。采用全轮驱动、全轮转向、轮腿复合的结构。爬坡能力为45°，可以在最大35°的斜坡上作业。目前，该设备已经不在官网产品名单中。2012年，北京林业大学林业与环境特种装备研究所与中国福马集团共同研发了国内第一台履带式林木联合采育机，并于广东雷州进行了采育机林区进行采育机作业试验，采育机履带底盘越障试验（韩东涛，2016）。随后，徐工开发了XE210F履带底盘伐木机。国机常林研发了630A挖掘装载机，采用普通轮桥式底盘，加装了辅助支撑结构，能够获得更好的稳定性，具备30°的爬坡能力。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多模式两轮移动机器人的设计与运动分析[J]. 何妍颖,李晔卓,武建昫,刘兴杰,姚燕安. 机械工程学报. 2019(23)
[2]双摆臂履带可变形机器人结构设计与越障性能研究[J]. 孟广耀,王振华,黄居鑫,郭彬,孙宏洁. 机械传动. 2019(08)
[3]面向无人车运动规划问题的VFH算法[J]. 屈盼让,薛建儒,朱耀国,肖鹏. 计算机仿真. 2018(12)
[4]汽车接近角及离去角定义及检测方法概述[J]. 刘爽,唐兴贵,应宇汀,康燕妮. 时代汽车. 2018(03)
[5]南方丘陵地区CFJ20H 8W采伐机底盘初步结构确立[J]. 张小珍,沈嵘枫,林曙,周新年,许浩. 鸡西大学学报. 2016(12)
[6]基于工作小臂的履带式林木采育机越障能力分析与研究[J]. 韩东涛,刘晋浩. 北京林业大学学报. 2016(07)
[7]变幅轮腿机器人智能越障步态规划与平稳性分析[J]. 孙治博,刘晋浩,于春战,阚江明. 农业工程学报. 2015(16)
[8]基于路面不平整度的车辆动荷载系数分析[J]. 杨春风,解帅,孙吉书. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2015(04)
[9]林木联合采育机作业过程中的稳定性[J]. 苏永涛,刘晋浩,丁小康. 东北林业大学学报. 2014(10)
[10]基于Matlab遗传算法优化工具箱的应用[J]. 刘国春,费强,赵武云,戴飞. 机械研究与应用. 2014(02)
博士论文
[1]林用六轮摆臂轮腿底盘设计及其越障性能研究[D]. 韩东涛.北京林业大学 2016
[2]基于履带—地面耦合系统的低速履带车辆通过性研究[D]. 姚禹.吉林大学 2016
[3]基于车轮力测试的车辆地面通过性关键技术研究[D]. 杨帆.东南大学 2016
[4]林木联合采育机底盘设计理论研究与应用[D]. 魏占国.北京林业大学 2011
[5]少自由度机器人机构一体化建模理论、方法及工程应用[D]. 刘海涛.天津大学 2010
硕士论文
[1]林用六轮摆臂轮腿底盘优化设计及仿真控制研究[D]. 曾泽晨.北京林业大学 2019
[2]视觉循线导航AGV动态避障算法研究[D]. 刘嫚玉.沈阳工业大学 2019
[3]柔性机械臂运动学参数标定与精度补偿技术研究[D]. 王蕾.北京邮电大学 2019
[4]基于激光导航AGV路径规划与避障算法的研究[D]. 李珍惜.西安科技大学 2019
[5]AGV视觉引导算法研究[D]. 陈强.江南大学 2019
[6]面向多人场景的博物馆导览机器人自动避障技术研究[D]. 刘传.哈尔滨工业大学 2019
[7]全地形轮式移动机器人设计与性能分析[D]. 王奉晨.西南交通大学 2018
[8]六轮全地形移动机器人的结构设计及样机研制[D]. 关似玉.北京石油化工学院 2016
[9]基于林相改造的桉树人工林空间结构调控技术研究[D]. 朱英娟.华南农业大学 2016
[10]室内服务机器人的导航研究[D]. 何武.中国科学技术大学 2011
本文编号：3246831
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