推土机铲刀与土壤相互作用试验系统与方法研究

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1、第一章绪论但往往复杂而费时费力。随着计算机技术的发展，数值解析方法以及其他高科技方法很大的提高了理论分析法在地面机器系统研究中的应用【241。现代数值分析方法主要包括有限单元法、离散单元法、边界元法和有限差分法等。其中有限单元法和离散单元法在研究中有较多的应用。将有限单元法正确用于预测模型需考虑以下两个问题：一是选择合适的土壤应力—应变本构关系；二是采用合理的切削部件一土壤相互作用计算模型。离散单元法是为分析离散单元的集合而建立的，计算需要大量的时间。离散单元法的应用同样存在土壤应力一应变本构关系的选

2、择问题，而且离散单元参数的获取主要靠经验和半经验公式，其参数对计算结果的影响十分复杂。陆怀民【25】采用粘弹性帽盖模型对工程机械切土部件与粘性土壤的相互作用过程进行了有限元分析，建立了土壤切削二维有限元理想化模型。神经网络(ArtificialNeuralNetwork，简称朋州)是近年来研究较多、发展较快和应用范围很广泛的一种建模方法。由于人工神经网络具有自学习、联想记忆、自适应和非线性逼近等功能，可在不具备对象的先验知识的基础上，根据对象的输入输出数据直接建立模型，非常适用于复杂的非线性系统。针对

3、土壤与触土部件相互作用反应过程复杂、影响因素众多的特点，Kushwahl26】等研究了如何应用人工神经网络技术建立土壤与触土部件相互作用的数学模型。将触土部件形状参数、运动参数和初始土壤状态作为径向基函数(RBF)神经网络的输入，将推土阻力、能耗、最终土壤状态以及触土部件的磨损作为径向基函数(RBF)神经网络输出，建立了土壤与触土部件相互作用的RBF神经网络模型。基于仿生理论与技术，研究人员对地面机械触土部件的表面仿生非光滑设计进行了大量的分析及试验研究，仿生非光滑推土板、仿生犁壁、装载机仿生铲斗等地

4、面机械触土部件显示出了良好的减粘降阻性能，可大大提高生产效掣271。4．模型试验和因次分析方法【21。模型试验就是把自然物理现象中一切与车辆工作过程有关的的因素按一定的比例缩小，并将该现象搬到试验室的土壤中来观察和试验，然后再把观察和实验得到的结果用一定的比例放大，从而得到发生于原形中的物理现象。模型试验要求模型系统所有的参数相对于原形系统有各自对应的比例，这就要求不仅在几何方面，而且在动力学方面达到相似。模型试验法可以很好的控制所有的试验参数，尤其是试验条件，对于一些简单基本的概念可以很快、很经济的

5、进行推断。某些干扰因素也易于消除或至少减轻其干扰程度。有时用模型试验的方法不能解决微观局部现象，那就要用实物原型试验。4长安人学硕士学位论文推土机铲刀与土壤相互作用的研究手段包括现场试验和土槽试验。现场试验是在实际工作条件下进行的，因而现场试验的结果将最为真实地反映推土机铲刀的实际工作性能。但现场试验不仅受到气候条件的限制，在不同现场以及同一现场的不同位置，土壤、水分以及地面的平整程度也有变化，这些都将影响试验的结果，难于联系推土机铲刀与土壤相互作用的因果关系。因此，各种式样的试验土槽就成为推土机与铲

6、刀相互作用研究上的重要设备。土槽的式样、尺寸和附属设备可依要求而确定。土槽不受气候、时间等条件的限制，换土方便，且具有适当的准确度。土槽试验对于机械土壤动力学的理论研究和发展起到重要的作用，但也存在着土壤参数的复杂性和试验结果干扰因素过多、试验周期长、数据分散性大和重现性差等问题。综上所述，在室内土槽进行推土机铲刀模型或原型试验是一种基本的研究方法，这要求具有相应的土槽和试验台车等设备，尤其对于原型铲刀室内土槽试验来说，需要大尺寸的土槽和具有较高性能试验台车。1．4课题的提出长安大学正在建设的工程机械

7、多功能综合试验台用于牵引各种常见的工程机械工作装置进行试验，研究工程机械工作装置与工作介质相互作用过程及机理。作者参与了长安大学工程机械多功能综合试验台的建设，该试验台已完成主体部分的加工制造，但控制系统和测试系统还不完善，工作装置的安装方式及试验方法的研究均未进行。推土机铲刀与土壤相互作用的研究是典型的铲土运输机械工作装置与工作介质相互作用研究内容，本论文以试验台的建设为契机，重点研究了基于试验台的推土机工作装置与土壤相互试验系统与试验方法，企图结合试验台的基本功能和推土机试验方法要求，建立一套完整

8、的推土机工作装置试验系统，包括推土机工作装置自动切深控制系统、传感器系统、数据采集与处理系统等，可满足基本的铲刀与土壤相互作用试验研究的需要。同时，本论文研究内容可为其它工程机械如压路机、铣刨机、平地机、摊铺机等的基于试验台的试验系统和试验方法研究提供参考，从而对完善和提高工程机械多功能综合试验台的性能做出贡献。1．5本论文的主要研究内容本论文依托长安大学“211工程”“工程机械多功能综合试验台"建设项目，进一步完善该试验台的测试系统功能，研究基于该试验