海底采矿车斜坡越障通过性分析与仿真研究*

□ 刘金辉□ 谷 炜□ 孟兆磊□ 姜 勇

1.北京科技大学机械工程学院 北京100083

2.北京科技大学东凌经济管理学院 北京100083

3.北京矿冶研究总院机械研究所 北京100160

深海矿产资源丰富，但深海复杂多变的地形环境是一个不确定的、非结构化环境，研制通过性好、越障和绕障性能强、安全性和可靠性高的海底采矿车是各国发展深海技术的核心关键［1-5］。笔者对所设计的海底采矿车斜坡越障通过性进行了详细分析，为我国海底采矿车及其它领域探测车的研制提供理论参考和技术支持，具有重要的学术意义和工程应用价值［6-8］。

1 基本结构

海底采矿车如图1所示，车的复合轮组机构如图2所示，三个车轮W1、W2、W3在油缸1和油缸2的伸缩辅助作用下可实现一定程度的空间结构变化，从而使整个机构兼有主、被动混合越障模式［9-10］。主动模式下可以越过高于轮胎半径的垂直障碍，跨过大于轮胎直径的壕沟；被动模式下可以爬30°坡，自适应普通海底地质环境行驶等。

2 斜坡越障力学建模分析

2.1 斜坡越障通过性力学建模分析

当海底采矿车自适应爬斜坡时，其力学模型如图3所示。

▲图1 海底采矿车

假设海底采矿车复合轮组的重力简化到各个车轮时为Gwi，则各车轮满足以下关系：

式中：Fti为各轮在驱动力矩Ti作用下与地面间的附着牵引力；Ni为各轮与地面间的法向支反力；β为移动系统爬行的坡面倾斜角；Fri为各轮的滚动阻力；μs为车轮与路面间的均一附着系数；Ga、Gb为前、后车体重力。

▲图2 复合轮组机构图