摘要
履带式自移机尾是与煤矿巷道掘进机搭配使用的专业运输矿山机械，巷道掘进的效率与履带式自移机尾的性能有密切关系。目前广泛采用的迈步式自移机尾在工作过程中步进速度缓慢，并且姿态控制自动化程度低，过于依赖人工控制，存在较大的安全隐患，因此迫切需要提高自移机尾的行进效率以及自动化、智能化程度。 本文针对履带式自移机尾实际工况要求，设计了履带式自移机尾的总体结构和液压控制系统，建立了履带式自移机尾的三维模型和姿态控制系统的仿真模型，借助有限元仿真软件、Matlab/Simulink及AMESim液压仿真软件，分别对履带式自移机尾关键结构承载能力、姿态控制系统特性以及自适应模糊姿态控制效果进行了研究。具体工作内容如下： 1.根据煤矿快速掘进实际工况要求，确定了履带式自移机尾结构的总体设计方案，并利用Solidworks建模软件建立了自移机尾的三维模型，设计了履带底盘并进行了力学分析，验证其在工作时能够提供足够的动力；研究分析了履带式自移机尾液压工作回路，并确定了姿态控制液压系统设计方案。 2.利用Workbench有限元分析软件分别对驱动头架、液压支撑滑靴外箱、滚筒以及缓冲床等关键承载结构进行了静力学仿真，验证了各个结构满足设计要求。针对自移机尾滚筒组件进行了模态分析，得到了滚筒在工作时不会发生共振现象的结论，验证了其设计合理性。 3.基于履带式自移机尾姿态控制原理，分别建立了主要控制元件数学模型，推导出了控制系统的传递函数，利用Matlab/Simulink绘制了控制系统Bode图，分析了阶跃响应以及正弦信号跟踪，验证了控制系统的稳定性，同时得出系统响应时间较慢、需进一步设计控制器以及控制策略的结论。 4.基于Matlab/Simulink设计了自适应模糊PID控制器模型，利用AMESim建立了履带式自移机尾姿态控制液压系统仿真模型，并进行了联合仿真，分析对比了PID控制系统和自适应模糊PID控制系统的控制效果以及工作特性等规律。仿真结果表明：与传统PID控制对比，自适应模糊PID控制的跟踪误差更小，有更好的鲁棒性及适应性；在调平和横移过程中，自适应模糊PID控制有效的解决了超调量的问题，调平油缸和横移油缸控制效率均提高了40%以上。
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