Повышение манёвренности шагающих машин посредством применения привода со сдвоенными ортогонально-поворотными движителями

• Автор: Серов, Валерий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР И АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ШАГАЮЩИХ МАШИН И ИХ ДВИЖИТЕЛЕЙ
1.1 Основные типы шагающих машин [21]
1.2 Движители шагающих машин
1.3 Системы управления механизмами шагания
1.4 Сравнительные характеристики основных типов шагающих машин тяжелой весовой категории
1.5 Анализ существующих механизмов шагания в качестве движителя
2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ МАШИНЫ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ ШАГАЮЩИХ ДВИЖИТЕЛЕЙ
2.1 Выбор и обоснование кинематической схемы и движителей шагающей машины
2.2 Матричное описание кинематически определимых и кинематически неопределимых шагающих машин
2.3 Матрицы приводов, управления и основные узлы разрабатываемой машины
2.4 Сравнительный анализ гидравлического и электромеханического приводов
2.5 Сравнительный анализ электромеханических исполнительных механизмов
3 ПРОГРАММНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ПРИВОДОВ ДВИЖИТЕЛЕЙ ПРИ ПОСТУПАТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ МАШИНЫ
3.1 Математическая модель шагающей машины при поступательном движении
3.2 Кинематика плоского движения шагающей машины
3.3 Кинематика шагающего движителя
3.4 Динамика поступательного движения шагающей машины со сдвоенными ортогональноповоротными движителями
3.5 Усилия, развиваемые приводами при поступательном движении шагающей машины
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПРИВОДОВ ПРИ ПОСТУПАТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ
4.1 Математическое моделирование программного поступательного движения
4.2 Алгоритм перемещения опоры шагающей машины при поступательном движении..
4.3 Расчёт скорости перемещения шагающей машины при поступательном движении.
4.4 Результаты вычислений скорости движения шагающей машины на основе идентификации начального состояния
4.5 Разработка системы управления маршевым поступательным режимом движения шагающей машины
4.6 Результаты экспериментальной отработки движения шагающей машины с ортогональными движителями
5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
6 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ПРИЛОЖЕНИЙ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ВВЕДЕНИЕ
Подавляющее большинство наземных транспортных средств имеют колёсный или гусеничный движитель [1, 5, 7, 46, 53, 83, 87]. Их применение и совершенствование основано на относительной простоте конструкции и эффективности в работе. Однако имеют место такие эксплуатационные ситуации, когда использование подобных движителей нецелесообразно, неэффективно, а порой даже и невозможно. Поэтому непрерывно ведутся исследования по разработке новых типов движителей, отвечающих требованиям высокой профильной и фунтовой проходимости, манёвренности и экологичности. К таким движителям, в частности, относится шагающий движитель [6, 33,70].
Шагающие машины уже находят своё применение в различных областях хозяйства: в сельском хозяйстве; в лесном хозяйстве; при ликвидации аварийного разлива нефтепродуктов на заболоченной местности. Проводятся исследования по их использованию при ликвидации техногенных катастроф, пожаров, в военном деле, т.е. там, где транспортные и технологические машины с традиционными движителями невозможно использовать из-за экологических требований или из-за сложности рельефа [19,26,30,48,63,79].
Разработка шагающих высокопроходимых адаптируемых транспортных и технологических машин различного назначения, предназначенных для перемещения по неорганизованной поверхности, ведутся во многих развитых странах мира, таких как США, Италия, Франция, Финляндия и других. В России также имеются экспериментальные образцы, созданные усилиями ученых ИМАШ РАН [4], ИПМ РАН [2], Волгофадского Государственного технического университета [13, 14, 20, 26, 32, 50, 69].
Использование шагающего способа передвижения даёт качественный рост ряда основных показателей транспортных машин по сравнению с колёсными и гусеничными движителями. В частности, имеют место более высокие возможности по адаптации к неровностям опорной поверхности, принципиально более высокая профильная проходимость и манёвренность, допускающая перемещение машины в произвольном направлении и повороты на месте, возможность работы на фунтах с низкой несущей
способностью, возможность управления опорными реакциями и стабилизации положения корпуса при движении.
Основным элементом шагающей машины является шагающий движитель. Существующие движители, применяемые в шагающих машинах условно можно разделить на два вида:
- шагающие движители, содержащие механизмы шагания циклового действия с одной управляемой степенью свободы;
-шагающие движители, состоящие из механизмов шагания с несколькими управляемыми степенями свободы.
Теория движения таких машин непрерывно совершенствуется и дополняется в зависимости от структуры движителей, системы управления, особенностей эксплуатации и др.
Отличительная особенность выполняемой работы состоит в исследовании сдвоенного ортогонального движителя, состоящего из двух приводов вертикального и двух приводов горизонтального перемещения, работающих в противофазе, и привода поворота, обеспечивающего поворот движителя относительно корпуса машины.
Актуальность исследования обусловлена важностью задачи повышения маневренности шагающей машины за счет применения сдвоенных ортогональных движителей как составной части в составе привода, позволяющих в маршевых режимах движения не заботиться о сохранении походки и обеспечивающих статическую устойчивость за счёт гарантированного опирания на все движители.
Целью представленной работы является повышение манёвренности шагающих машин за счет разработки кинематической схемы приводов со сдвоенными ортогонально-поворотными движителями и разработка научно обоснованных методов расчета режимов их работы.
Основные задачи, решаемые в ходе исследования:
-разработка кинематической схемы шагающей машины с приводами имеющими сдвоенные ортогональные движители;

шагания в группу и создание сдвоенных ортогонально-поворотных движителей и размещение этих движителей в определенных точках рамы, снимает указанный недостаток;
- консольное приложение нагрузок - веса машины, приходящегося на один механизм шагания, тягового и бокового усилия, при повороте или движении на косогоре. Однако консольное приложение нагрузок характерно для любых механизмов шагания, например телескопических (рисунок 2.1а), инсектоморфных (рисунок 2.16), а не только для ортогональных. Более того, для альтернативных механизмов шагания, потребуется развивать габариты узлов крепления, что их сближает по этому свойству с ортогональными. Негативные последствия консольного приложения нагрузок устраняются рациональным проектированием узлов крепления и замыканием силового воздействия на эти узлы. Линейные привода в этом случае работают только на растяжение и сжатие (отсутствует изгиб и кручение).
Сдвоенный ортогонально-поворотный (СОП) движитель (рисунок 2.2) состоит из двух ортогональных механизмов шагания, имеющих дополнительный привод поворота плоскостей шагания относительно корпуса машины. Особенностью работы сдвоенного ортогонально-поворотного движителя состоит в том, что когда опора одного из механизмов привода адаптации находится на грунте (опорной поверхности), другой механизм находится в фазе переноса. Это

Рисунок 2.1 — Схемы шагающих движителей: а) телескопическая; б) инсектоморфная