-4-第一章緒論1.1課題研究背景與意義在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和城市化建設(shè)中，地下管線的鋪設(shè)工作日益重要，無(wú)論是農(nóng)田灌溉系統(tǒng)、排水系統(tǒng)，還是城市地下電纜、水管等基礎(chǔ)設(shè)施的鋪設(shè)，都離不開(kāi)開(kāi)溝機(jī)這一關(guān)鍵設(shè)備。懸掛式開(kāi)溝機(jī)作為其中的一種重要類型，隨著科學(xué)技術(shù)的逐漸進(jìn)步和市場(chǎng)需求的日益多樣化，對(duì)懸掛式開(kāi)溝機(jī)的性能、效率、穩(wěn)定性等方面提出了更高的要求。因此，對(duì)懸掛式開(kāi)溝機(jī)進(jìn)行深入研究，探討其結(jié)構(gòu)優(yōu)化、性能提升、智能化發(fā)展等課題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。首先，從市場(chǎng)需求的角度來(lái)看，懸掛式開(kāi)溝機(jī)的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)等理念的提出和實(shí)踐，對(duì)農(nóng)田灌溉、排水等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提出了更高的要求。懸掛式開(kāi)溝機(jī)作為一種高效、節(jié)能的農(nóng)田開(kāi)溝設(shè)備，其市場(chǎng)需求日益增長(zhǎng)。同時(shí)，在城市建設(shè)中，隨著地下空間的不斷開(kāi)發(fā)和利用，地下管線的鋪設(shè)工作也日益繁重。懸掛式開(kāi)溝機(jī)因其靈活性和便捷性，在城市地下管線鋪設(shè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。其次，從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看，懸掛式開(kāi)溝機(jī)的研究也面臨著諸多挑戰(zhàn)和機(jī)遇。一方面，隨著機(jī)械制造、電子控制等技術(shù)的不斷進(jìn)步，為懸掛式開(kāi)溝機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、性能提升提供了可能。例如，通過(guò)采用先進(jìn)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、精確的控制系統(tǒng)等，可以顯著提升開(kāi)溝機(jī)的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。另一方面，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，為懸掛式開(kāi)溝機(jī)的智能化發(fā)展提供了廣闊的空間。通過(guò)引入智能感知、遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)溝機(jī)的自動(dòng)化作業(yè)和智能化管理，進(jìn)一步提高作業(yè)效率和降低人力成本。此外，從行業(yè)發(fā)展的角度來(lái)看，懸掛式開(kāi)溝機(jī)的研究也具有重要的推動(dòng)作用。隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)和城市化建設(shè)的重視程度不斷提高，對(duì)相關(guān)設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用也給予了更多的關(guān)注和支持。懸掛式開(kāi)溝機(jī)作為其中的一種重要設(shè)備，其研究成果不僅可以推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，還可以為整個(gè)行業(yè)的升級(jí)和轉(zhuǎn)型提供有力的支撐。意義：(1)提升工作效率：通過(guò)優(yōu)化懸掛式開(kāi)溝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，可以提高開(kāi)溝的精準(zhǔn)度和速度，從而顯著提升工作效率。這不僅可以加快工程進(jìn)度，還能降低人力成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。(2)降低人力成本：自動(dòng)化操作在減少人為因素導(dǎo)致的操作失誤，提高工作安全性的同時(shí)，還減少了生產(chǎn)工作對(duì)人力的需求，降低了人力成本支出。(3)推動(dòng)技術(shù)發(fā)展：對(duì)懸掛式開(kāi)溝機(jī)的研究不僅涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，還涉及控制系統(tǒng)的研發(fā)，這將推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新。同時(shí)，研究成果還可以為其他類似設(shè)備的研發(fā)提供借鑒和參考，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。綜上所述，從市場(chǎng)需求、技術(shù)發(fā)展、行業(yè)發(fā)展等多個(gè)角度來(lái)看，都存在著對(duì)懸掛式開(kāi)溝機(jī)進(jìn)行深入研究的必要性和緊迫性。通過(guò)對(duì)懸掛式開(kāi)溝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、智能化發(fā)展等方面進(jìn)行深入研究，不僅可以提升設(shè)備的性能和效率，還可以推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新。因此，我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)懸掛式開(kāi)溝機(jī)課題的研究和投入，為推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和城市化建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)。1.2國(guó)內(nèi)外懸掛式開(kāi)溝機(jī)研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，懸掛式開(kāi)溝機(jī)的研究和應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟和先進(jìn)。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在懸掛式開(kāi)溝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、智能化發(fā)展等方面都取得了顯著的研究成果。國(guó)外開(kāi)溝機(jī)的研究與發(fā)展起步較早，經(jīng)歷了多個(gè)階段，并且取得了顯著的成果。首先，在初創(chuàng)期，挖掘機(jī)作為開(kāi)溝機(jī)的前身，主要以蒸汽鏟的形式出現(xiàn)，用于露天采礦和土木工程。然而，由于技術(shù)限制，這些設(shè)備的操作非常耗時(shí)且效率低下。隨著技術(shù)的進(jìn)步，開(kāi)溝機(jī)進(jìn)入了發(fā)展期。內(nèi)燃機(jī)和液壓技術(shù)的出現(xiàn)為開(kāi)溝機(jī)帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。在這個(gè)階段，卡特彼勒和沃爾沃等公司開(kāi)始生產(chǎn)更加高效和實(shí)用的開(kāi)溝機(jī)，這些機(jī)器使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，并配備了液壓系統(tǒng)，使得操作更為靈活和精確。到了成熟期，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展進(jìn)一步推動(dòng)了開(kāi)溝機(jī)的變革。這一時(shí)期，開(kāi)溝機(jī)的類型和功能開(kāi)始多樣化，各種型號(hào)的開(kāi)溝機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，滿足了不同工程的需求。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著科技的不斷進(jìn)步，開(kāi)溝機(jī)的發(fā)展也日新月異。許多國(guó)外公司都推出了獨(dú)具特色的本公司產(chǎn)品，如Trencor公司的T1460型開(kāi)溝機(jī)如圖1.1所示，它使用單鏈或雙鏈進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，配備了銑刨裝置，使得在公路維護(hù)與采礦等領(lǐng)域的應(yīng)用效果非常顯著。此外，美國(guó)的開(kāi)槽機(jī)供應(yīng)商威猛公司（vermeercorporation）2024年在市面上最為暢銷的RTX250開(kāi)溝機(jī)如圖1.2所示，橡膠履帶能夠在松軟、石質(zhì)或泥濘的條件下提供出色的牽引力，而且最大限度減少了對(duì)地面的干擾。另外，“無(wú)需工具”即可接觸所有可維修的組件，便于完成維護(hù)工作。此外，在特定應(yīng)用領(lǐng)域，如海底管道埋設(shè)，開(kāi)溝機(jī)也取得了重要成果。例如，IHC公司的犁式埋纜系統(tǒng)就是典型的開(kāi)溝-回填組合犁，可以在深海中開(kāi)鑿和回填溝槽，具有強(qiáng)大的開(kāi)溝能力。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，國(guó)外的懸掛式開(kāi)溝機(jī)通常采用高強(qiáng)度、耐磨損的材料制造關(guān)鍵部件，以提高設(shè)備的耐用性和穩(wěn)定性。同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和加工工藝，降低設(shè)備的重量和體積，提高其便攜性和靈活性。在控制系統(tǒng)方面，國(guó)外的懸掛式開(kāi)溝機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高度的智能化和自動(dòng)化。例如，通過(guò)引入目前最先進(jìn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)，在監(jiān)測(cè)的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程管理和維護(hù)。這些技術(shù)的應(yīng)用使得國(guó)外的懸掛式開(kāi)溝機(jī)在作業(yè)效率、精度和安全性等方面都達(dá)到了很高的水平。此外，在應(yīng)用領(lǐng)域方面，國(guó)外的懸掛式開(kāi)溝機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、城市建設(shè)等多個(gè)領(lǐng)域。特別是在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，懸掛式開(kāi)溝機(jī)已經(jīng)成為農(nóng)田灌溉、排水、施肥等作業(yè)中不可或缺的重要設(shè)備。然而，盡管?chē)?guó)外的懸掛式開(kāi)溝機(jī)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但仍然在不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)。例如，通過(guò)引入新材料、新工藝和新技術(shù)，不斷提高設(shè)備的性能和效率；通過(guò)加強(qiáng)國(guó)際合作和交流，推動(dòng)全球范圍內(nèi)懸掛式開(kāi)溝機(jī)技術(shù)的共同進(jìn)步和發(fā)展。綜上所述，國(guó)外開(kāi)溝機(jī)的研究與發(fā)展歷程經(jīng)歷了從初創(chuàng)期的蒸汽鏟到發(fā)展期的內(nèi)燃機(jī)與液壓技術(shù)，再到成熟期的微電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用，最后到高科技化的新階段。在這個(gè)過(guò)程中，開(kāi)溝機(jī)的性能不斷提升，類型和功能日益多樣化，滿足了各種工程的需求，并在公路維護(hù)、采礦、海底管道埋設(shè)等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。圖1.1Trencor公司的T1460型開(kāi)溝機(jī)圖1-2威猛公司RTX250型手推式開(kāi)溝機(jī)1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)，懸掛式開(kāi)溝機(jī)的研究起步相對(duì)較晚，但近年來(lái)隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)和城市化建設(shè)的不斷投入和支持，相關(guān)研究也取得了顯著的進(jìn)展。首先，在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，國(guó)內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)針對(duì)懸掛式開(kāi)溝機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行了大量的優(yōu)化和改進(jìn)。通過(guò)改進(jìn)刀具材料和形狀，提高了開(kāi)溝機(jī)的切削效率和耐用性；通過(guò)優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)，提高了開(kāi)溝機(jī)的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。這些改進(jìn)使得國(guó)內(nèi)懸掛式開(kāi)溝機(jī)的性能得到了顯著提升，逐漸接近甚至達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。例如，韓永俊帶領(lǐng)她的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的1KL-100型是螺旋式開(kāi)溝機(jī)如圖1.3所示，在各方面性能十分優(yōu)秀，它的工作效率也在人的百倍以上。其次，在控制系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)的研究也取得了重要突破。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的智能化、自動(dòng)化技術(shù)被引入到懸掛式開(kāi)溝機(jī)中。例如，通過(guò)引入GPS定位系統(tǒng)和自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)溝機(jī)的精確作業(yè)和自主導(dǎo)航；通過(guò)引入傳感器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)開(kāi)溝機(jī)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。為了解決開(kāi)溝機(jī)控制不了作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的力矩不平衡等問(wèn)題，我國(guó)科學(xué)家張汝坤和周波等人合作設(shè)計(jì)了新型開(kāi)溝機(jī)如圖1.4所示。這種改進(jìn)顯著提高了開(kāi)溝機(jī)的作業(yè)性能和使用效果。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了開(kāi)溝機(jī)的作業(yè)精度和效率，還降低了人力成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，在應(yīng)用領(lǐng)域方面，國(guó)內(nèi)的懸掛式開(kāi)溝機(jī)也逐漸從單一的農(nóng)田開(kāi)溝擴(kuò)展到了城市地下管線鋪設(shè)、道路施工等多個(gè)領(lǐng)域。這種擴(kuò)展不僅拓寬了開(kāi)溝機(jī)的應(yīng)用范圍，也為其進(jìn)一步發(fā)展提供了更廣闊的市場(chǎng)空間。然而，盡管?chē)?guó)內(nèi)在懸掛式開(kāi)溝機(jī)的研究和應(yīng)用方面取得了顯著進(jìn)展，但仍然存在一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)。例如，部分關(guān)鍵技術(shù)和核心部件仍依賴進(jìn)口，自主研發(fā)能力有待進(jìn)一步提升；同時(shí)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈，對(duì)產(chǎn)品的性能、價(jià)格、服務(wù)等方面提出了更高的要求。綜上所述，國(guó)內(nèi)外在懸掛式開(kāi)溝機(jī)的研究和應(yīng)用方面都已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展。但與此同時(shí)，仍然存在一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)需要我們?nèi)ッ鎸?duì)和解決。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，相信懸掛式開(kāi)溝機(jī)的研究和應(yīng)用將會(huì)取得更加豐碩的成果。圖1.3韓永俊1KL-100型螺旋式開(kāi)溝機(jī)圖1.4張汝坤雙軸螺旋式開(kāi)溝機(jī)1.3論文主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排（1）根據(jù)實(shí)際情況確定好開(kāi)溝機(jī)的參數(shù)后，進(jìn)行懸掛式開(kāi)溝機(jī)刀具設(shè)計(jì)并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化使其更易于生產(chǎn)、裝配和維修。采用先進(jìn)的制造工藝和技術(shù)，如數(shù)控加工提高開(kāi)溝機(jī)的制造精度和產(chǎn)品質(zhì)量。通過(guò)優(yōu)化刀具設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)速，提高開(kāi)溝效率，降低能耗。使用Solidworks軟件或UG等制圖軟件對(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新建模，并將刀具進(jìn)行裝配。（2）建模完成后，通過(guò)Solidworks軟件、ANSYS軟件等分析軟件對(duì)刀具進(jìn)行靜力學(xué)分析，找出薄弱環(huán)節(jié)，加強(qiáng)機(jī)身剛性設(shè)計(jì)，不斷調(diào)整刀具的結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高開(kāi)溝機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。以提高開(kāi)溝機(jī)的使用壽命。（3）通過(guò)PID控制算法，對(duì)開(kāi)溝深度進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)合理的程序結(jié)構(gòu)，包括初始化、輸入處理、控制算法實(shí)現(xiàn)、輸出處理等模塊，并具備保護(hù)措施。在編寫(xiě)完成后進(jìn)行充分的調(diào)試和優(yōu)化，確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性和性能達(dá)到預(yù)期要求。第二章新型懸掛式開(kāi)溝機(jī)刀具整體設(shè)計(jì)方案2.1刀具材料確定每種刀具材料都有其獨(dú)特的性能和適用范圍。例如，高速鋼具有良好的韌性和熱穩(wěn)定性，適用于低速切削和沖擊負(fù)荷較大的場(chǎng)合；硬質(zhì)合金大量應(yīng)用在剛性好，刃形簡(jiǎn)單的高速切削刀具上，隨著技術(shù)的進(jìn)步，復(fù)雜刀具也在逐步擴(kuò)大其應(yīng)用；涂層刀具材料是在硬質(zhì)合金或高速鋼刀具基礎(chǔ)上憑借著化學(xué)以及物理方法在其上表面覆蓋一層耐磨性高的難熔金屬化合物，在提高刀具材料的耐磨性的同時(shí)還能做到不降低其韌性。陶瓷材料是以氧化鋁（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）為基體，再加入些許金屬，在高溫下燒制而成的一種刀具材料。

金剛石則是目前已知的最硬的材料，顯微硬度達(dá)10000HV適用于加工極硬和難加工的材料。刀具材料的確定應(yīng)從以下幾點(diǎn)進(jìn)行考慮：切削條件：切削速度、切削深度和進(jìn)給量等切削條件對(duì)刀具材料的耐磨性、耐熱性和韌性有較高要求。在高溫、高壓和高速切削條件下，刀具材料需要具備良好的抗氧化性、抗熱軟化性和抗沖擊性能。刀具壽命和加工質(zhì)量：刀具材料的選擇直接影響到刀具的壽命和加工質(zhì)量。優(yōu)質(zhì)的刀具材料可以提高刀具的耐磨性，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)保證加工表面的光潔度和精度。經(jīng)濟(jì)性：在滿足上述性能要求的前提下，還需要考慮刀具材料的成本。經(jīng)濟(jì)性是刀具材料選擇中不可忽視的一個(gè)因素，需要在滿足性能要求的同時(shí)盡量降低材料成本。綜上所述，經(jīng)過(guò)綜合考慮，本課題初步選用高速鋼和合金鋼作為刀具的材料。2.2刀具類型選擇常見(jiàn)的開(kāi)溝機(jī)刀具類型包括直刃刀、曲刃刀和齒形刀等。每種類型都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)。例如，直刃刀易于加工，具有良好的砍切性能；曲刃刀和齒形刀則可能更適合在特定土壤條件下使用，以實(shí)現(xiàn)更好的切削效果和土壤破碎。在選擇刀具類型時(shí)，還應(yīng)考慮刀具的耐磨性、韌性和硬度等性能特點(diǎn)。耐磨性好的刀具可以延長(zhǎng)使用壽命，減少更換頻率；韌性好的刀具則能更好地承受沖擊和振動(dòng)；硬度高的刀具則能更好地應(yīng)對(duì)硬質(zhì)土壤的切削。以下是一些開(kāi)溝機(jī)的刀具類型選擇的關(guān)鍵考慮因素：（1）土壤條件：不同類型的土壤對(duì)刀具的磨損程度和作業(yè)效率有顯著影響。例如，硬質(zhì)土壤可能需要更耐磨的刀具材料，如硬質(zhì)合金或陶瓷，而軟質(zhì)土壤則可能適合使用高速鋼刀具。（2）所開(kāi)出溝的寬和深：每個(gè)設(shè)計(jì)師所設(shè)計(jì)的不同的刀具以及刀片都對(duì)機(jī)器開(kāi)出溝的寬和深度有著極大的影響。例如，對(duì)于較深的開(kāi)溝作業(yè)，可能需要選擇具有更長(zhǎng)刃部和更強(qiáng)剛性的刀具。（3）工作效率：對(duì)于需要高效率的開(kāi)溝作業(yè)，可以選擇具有更高切削性能的刀具，這通常意味著刀具材料和設(shè)計(jì)的優(yōu)化。（4）成本：刀具的成本也是選擇時(shí)需要考慮的重要因素。雖然更高級(jí)的刀具材料和設(shè)計(jì)可能帶來(lái)更好的性能和效率，但也可能增加成本。因此，需要在性能和成本之間找到平衡。在設(shè)計(jì)刀具類型時(shí)，還應(yīng)考慮刀具的耐磨性、韌性和硬度等性能特點(diǎn)。耐磨性好的刀具可以延長(zhǎng)使用壽命，減少更換頻率；韌性好的刀具則能更好地承受沖擊和振動(dòng)；硬度高的刀具則能更好地應(yīng)對(duì)硬質(zhì)土壤的切削。2.3刀具參數(shù)開(kāi)溝機(jī)刀具參數(shù)的確定是一個(gè)涉及多個(gè)因素和步驟的復(fù)雜過(guò)程。包括以下幾點(diǎn)：（1）土壤條件分析：土壤的物理性質(zhì)（如堅(jiān)實(shí)度、含水率等）和化學(xué)性質(zhì)會(huì)直接影響刀具的磨損和切削效果。因此，首先要對(duì)作業(yè)區(qū)域的土壤條件進(jìn)行詳細(xì)分析，并且通過(guò)本文上述內(nèi)容來(lái)確定刀具的材料、類型和尺寸。（2）刀具的幾何參數(shù)對(duì)切削效果和刀具壽命有重要影響。這些參數(shù)需要根據(jù)土壤條件和作業(yè)需求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，增大前角可以減小切削阻力，但也會(huì)降低刀具的耐用性；減小后角可以增加刀具的鋒利度，但也可能增加切削力。（3）切削速度和進(jìn)給速度確定：切削速度和進(jìn)給速度是影響開(kāi)溝機(jī)作業(yè)效率和刀具壽命的關(guān)鍵因素。它們需要根據(jù)刀具材料、土壤條件和作業(yè)要求來(lái)確定。通常，較快的切削速度和進(jìn)給速度可以提高作業(yè)效率，但也可能增加刀具磨損和損壞的風(fēng)險(xiǎn)。（4）刀具結(jié)構(gòu)測(cè)試以及優(yōu)化：完成上述步驟，將刀具初步設(shè)計(jì)完成之后，通過(guò)本文提到的靜力學(xué)分析軟件得到結(jié)果后，對(duì)刀具的幾何參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和調(diào)整。2.4本章小結(jié)本章主要對(duì)懸掛式開(kāi)溝機(jī)刀具的設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行了分析，包括材料、刀具類型以及尺寸的確定，以及整體設(shè)計(jì)流程的確定。第三章新型懸掛式開(kāi)溝機(jī)刀具三維立體建模3.1技術(shù)選擇本課題將采用先進(jìn)的SOLIDWORKS（三維3D設(shè)計(jì)軟件）技術(shù)，結(jié)合3D建模軟件，對(duì)開(kāi)溝機(jī)刀具進(jìn)行精確建模。CAD技術(shù)能夠確保設(shè)計(jì)的精確性，而3D建模則能夠直觀地展示刀具的三維形態(tài)，便于后續(xù)的分析與優(yōu)化。3.2開(kāi)溝刀建模表3.1開(kāi)溝條件參數(shù)項(xiàng)目單位設(shè)計(jì)值開(kāi)溝溝形/梯形開(kāi)溝條數(shù)條1開(kāi)溝深度Hacm35±4溝面寬度Brbcm37±1溝底寬度Bdccm13±1懸掛式開(kāi)溝機(jī)作為重要的施工設(shè)備，其刀具性能與效率直接影響到工程的進(jìn)度與質(zhì)量。刀片作為刀具的核心部件，合理的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到整個(gè)作業(yè)是否能順利完成。首先，要設(shè)計(jì)開(kāi)溝機(jī)刀具第一個(gè)需要確定得到的數(shù)據(jù)即為刀具的直徑D，理論上來(lái)講，刀具直徑D越大，所開(kāi)出的溝越深與此同時(shí)刀具的直徑D也時(shí)時(shí)刻刻影響著翻出土壤的體積，但刀具直徑D越大，在切削時(shí)所受的阻力也隨之增大。通過(guò)查閱手冊(cè)并運(yùn)用公式（3-1）計(jì)算刀具直徑。D=（1.2-1.4）H（3-1）公式中H為所開(kāi)出溝的深度，單位為m。根據(jù)表格3.1中的數(shù)據(jù)，開(kāi)溝深度最大為0.39m，經(jīng)過(guò)公式（3-1）計(jì)算得D=0.507。通過(guò)查閱手冊(cè)，確定刀片相關(guān)技術(shù)參數(shù)，見(jiàn)表3.2。表3.2刀片技術(shù)參數(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)值直徑D/m0.507寬度W/m0.25刀尖線速度v/r·min-1120~180彎折角φ1/°123彎曲半徑r1/mm30切削幅寬B1/mm59滑切角σ1/°30彎折角φ2/°123刀片間夾角/°45刀片間距/m0.236開(kāi)溝刀彎刀數(shù)量/把30（左15；右15）開(kāi)溝刀直刀數(shù)量/把0刀片主要由三部分組成：刀片、擋片、刀片架，刀片三維立體建模如圖3.1、3.2、3.3所示。圖3.1刀片建模圖3.2擋片建模圖3.3刀片架建模3.3開(kāi)溝圓盤(pán)建模刀具中的圓盤(pán)作為刀片的支撐結(jié)構(gòu)，是刀具的重要組成部分。其必須有良好的沖擊韌性，刀盤(pán)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)能夠影響開(kāi)溝的寬度和深度，這讓使用者可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整開(kāi)溝的規(guī)格，滿足不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。刀盤(pán)的材質(zhì)和制造工藝也直接影響到其整個(gè)刀具的耐用性和使用壽命，優(yōu)質(zhì)的刀盤(pán)能夠在長(zhǎng)時(shí)間的使用中保持良好的切削性能，從而提高開(kāi)溝機(jī)的作業(yè)效率并減少維修成本。參考現(xiàn)有研究及《GB/T5669-2017旋耕機(jī)械刀和刀座》，確定刀盤(pán)相關(guān)技術(shù)參數(shù)，見(jiàn)表3.3。表3.3刀盤(pán)技術(shù)參數(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)值刀盤(pán)數(shù)量/個(gè)2開(kāi)溝刀盤(pán)最大回轉(zhuǎn)直徑/mm980刀盤(pán)最大回轉(zhuǎn)速度/mm750刀盤(pán)主要由三部分組成：圓盤(pán)、圓盤(pán)小軸、軸盤(pán)，刀盤(pán)三維立體建模如圖3.4、3.5、3.6所示圖3.4圓盤(pán)建模圖3.5圓盤(pán)小軸建模圖3.6軸盤(pán)建模3.4本章小結(jié)將上述各個(gè)部位零部件完成后，將所有零部件裝配到一起。本章共設(shè)計(jì)了三把刀具，上述步驟為刀具3的操作步驟。刀具1為直刀，刀具2和刀具3為彎刀。刀具2較刀具3在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上多出一個(gè)拋土板如圖3.7所示。重復(fù)步驟不再贅述。整體裝配圖如圖3.8、3.9、3.10所示。圖3.7拋土板建模圖3.8刀具裝配圖1圖3.9刀具裝配圖2圖3.10刀具裝配圖3第四章新型懸掛式開(kāi)溝機(jī)刀具靜力學(xué)分析4.1首個(gè)刀具分析4.1.1材料設(shè)置材料為高速鋼,如圖4.1.1所示。圖4.1.1材料參數(shù)圖材料的力學(xué)性能參數(shù)如表4.1.1所示表4.1.1高速鋼的力學(xué)性能參數(shù)參數(shù)數(shù)值密度g/cm38.3-8.7彈性模量MPa2.06×10e5泊松比0.25-0.3抗拉強(qiáng)度MPa1000-3004.1.2模型創(chuàng)建將UG軟件中的三維建模圖導(dǎo)入至ANSYS軟件即可，如圖4.1.2所示。圖4.1.2建模圖4.1.3網(wǎng)格劃分選用默認(rèn)的四面體網(wǎng)格劃分，單元數(shù)26616，節(jié)點(diǎn)數(shù)為58249，設(shè)置如圖4.1.3所示。圖4.1.3網(wǎng)格設(shè)置劃分完成的模型網(wǎng)格。如圖4.1.4所示。圖4.1.4網(wǎng)格圖4.1.4邊界條件設(shè)置對(duì)分析軟件中的刀具模型施加合理的約束與載荷。如圖4.1.5所示，對(duì)刀具施加約束，施加的位置共有1處即刀盤(pán)重心處，如圖中標(biāo)記點(diǎn)A所示，為對(duì)刀具施加的固定約束。切削阻力計(jì)算如下：（4-1）式中Cs——土壤沖擊次數(shù)；H——切削厚度；δc——單一厚度；φ——切削角，φ=12°；e——刀片尖角系數(shù)。表4.1.2γ和e的值γ15°~50°60°90°120°180°e0.80.850.90.951表4.1.3Cs的值土壤類型Cs沙土2~5砂性壤土4~15壤土6~11重壤土10~17根據(jù)式（4-1）和表4.1.2以及4.1.3計(jì)算出阻力后，總切削力：F=Fr×k×15（4-2）式中k為動(dòng)載系數(shù)，本文取值1.3。將阻力Fr=28.3N代入，得到最終結(jié)果總切削力Fr'為551.85N。如圖4.1.5所示，對(duì)刀具施加載荷，公稱直徑D取49mm，刀具材料為高速鋼，根據(jù)零件工作狀態(tài)，對(duì)每個(gè)刀片上加載各為28.3N的沿圓周方向的圓周載荷。如圖中B、C、D、E、F、G、H各標(biāo)記點(diǎn)所示。圖4.1.5載荷約束設(shè)置4.1.5結(jié)果分析如圖4.1.6為位移分布圖，最大位移位于頂端為0.025445mm。圖4.1.6位移分布圖點(diǎn)開(kāi)StaticStructural中的Solution，可以看到刀具的位移分布圖。由刀具位移分布圖可看出刀具結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中在每個(gè)刀片的尖端部位，在圖中顯示為紅色，是變形最嚴(yán)重的部分。其他黃色部分也都集中在刀柄與刀片的連接處，這也與機(jī)械加工實(shí)際經(jīng)驗(yàn)所得結(jié)論相符。如圖4.1.7為應(yīng)力分布圖，圖中顯示刀具所受最大應(yīng)力為139.77Mpa小于刀具材料的屈服強(qiáng)度。圖4.1.7應(yīng)力分布圖點(diǎn)開(kāi)StaticStructural中的Solution，點(diǎn)擊EquivalentStress，可以查看刀具結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布圖。觀察應(yīng)力分布圖發(fā)現(xiàn)刀盤(pán)與刀片連接處兩側(cè)的顏色為紅色，取值范圍為56.21-139.77MPa，是應(yīng)力值最大的地方。連接兩個(gè)刀盤(pán)的連桿與刀盤(pán)連接處的顏色為黃色，取值為48.18-56.21MPa。這與實(shí)際的機(jī)械加工實(shí)際經(jīng)驗(yàn)結(jié)論相符。如圖4.1.8為應(yīng)變分布圖，最大應(yīng)變位于為0.00090317mm。圖4.1.8應(yīng)變分布圖應(yīng)變分布圖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在刀片與刀盤(pán)連接處出現(xiàn)的最大應(yīng)變值為0.00090317mm。連桿與刀盤(pán)連接處為黃色，取值為0.00060211-0.00070246mm。此結(jié)果與實(shí)際機(jī)械加工中的數(shù)據(jù)一致。在實(shí)際生產(chǎn)生活中，刀具在使用之后，發(fā)生應(yīng)變大都集中在刀片與刀盤(pán)連接處和連桿與刀盤(pán)連接處。如圖4.1.9為安全系數(shù)分布圖，最小安全系數(shù)為3.5772屬于較危險(xiǎn)區(qū)域，所以結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)行改良。圖4.1.9安全系數(shù)分布圖綜上，零件的設(shè)計(jì)還需改善。4.2第二把刀具分析4.2.1材料設(shè)置材料為合金鋼，如圖4.2.1所示。圖4.2.1材料參數(shù)圖如表4.2.1為合金鋼的力學(xué)性能參數(shù)表4.2.1合金鋼的力學(xué)性能參數(shù)參數(shù)數(shù)值密度g/cm37.7彈性模量MPa2.1×1011泊松比0.28張力強(qiáng)度N/m27.23×108屈服強(qiáng)度N/m26.20×108抗剪模量N/m27.9×10114.2.2模型創(chuàng)建根據(jù)刀具1和刀具2的模型，在其二者基礎(chǔ)上將各刀盤(pán)上的開(kāi)溝刀彎刀數(shù)量增加至15把，其中外側(cè)刀具12把，內(nèi)側(cè)刀具3把，將圓盤(pán)的厚度減小。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)內(nèi)外側(cè)刀具進(jìn)行倒角設(shè)計(jì)，并將刀片拋土板處的厚度減小，節(jié)省材料的同時(shí)增加了刀齒的強(qiáng)度以及刀具與土壤的接觸面積，使開(kāi)溝效率更高。有利于提高使用壽命和刀具的耐用度，不易崩刃。該設(shè)計(jì)擴(kuò)大了刀具體積，有利于刀體散熱，降低熱變形對(duì)刀齒的影響。圖4.2.2建模圖4.2.3網(wǎng)格劃分選用默認(rèn)的四面體網(wǎng)格劃分，單元數(shù)、節(jié)點(diǎn)數(shù)自動(dòng)判斷。劃分完成的模型網(wǎng)格如圖4.2.3所示：圖4.2.3網(wǎng)格劃分圖4.2.4邊界條件設(shè)置由刀具1計(jì)算得到開(kāi)溝機(jī)在作業(yè)時(shí)總的切削力Fr'為551.85N。對(duì)分析軟件中的刀具模型施加合理的約束與載荷。對(duì)刀具施加約束，如圖4.2.4和4.2.5所示，在刀盤(pán)中心圓孔施加一個(gè)固定約束并且對(duì)各個(gè)刀片與刀盤(pán)的連接處施加同樣固定約束。圖4.2.4中心固定約束圖4.2.5刀片約束如圖4.2.6所示，對(duì)刀具施加載荷。選擇常用的刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，公稱直徑D取49mm，刀具材料為合金鋼，根據(jù)零件工作狀態(tài)，對(duì)每個(gè)刀片上加載各為28.3N的沿刀片法線方向的載荷。如圖中各標(biāo)記點(diǎn)所示。并且以刀盤(pán)安裝軸孔為中心施加228r/min的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)模擬離心力。圖4.2.6載荷模擬4.2.5結(jié)果分析如圖4.2.7為位移分布圖，最大位移位于頂端為0.005228mm。圖4.2.7位移分布圖點(diǎn)開(kāi)SOLIDWORKS中的SOLIDWORKS插件，點(diǎn)擊SOLIDWORKSSIMULATION，在結(jié)果處可以查看刀具結(jié)構(gòu)的位移分布圖。由刀具位移分布圖可看出刀具結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中在每個(gè)刀片的末段，刀片的中段為綠色。如圖4.2.8所示為應(yīng)力分布圖，圖中顯示刀具2所受最大應(yīng)力為2.629×106N/m2，小于屈服極限6.204×108N/m2。圖4.2.8應(yīng)力分布圖點(diǎn)開(kāi)SOLIDWORKS中的SOLIDWORKS插件，點(diǎn)擊SOLIDWORKSSIMULATION，在結(jié)果處可以查看刀具結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布圖。觀察應(yīng)力分布圖發(fā)現(xiàn)刀盤(pán)與刀片連接處兩側(cè)的顏色為紅色，取值范圍為2.36×106-2.629×106N/m2，是應(yīng)力值最大的地方。這與實(shí)際的機(jī)械加工實(shí)際經(jīng)驗(yàn)結(jié)論相符。在實(shí)際加工過(guò)程中，受到應(yīng)力最大的部位在刀具和刀盤(pán)的連接之處，這也是最容易磨損之處。如圖4.2.9為應(yīng)變分布圖，最大應(yīng)變?yōu)?.000010mm。圖4.2.9應(yīng)變分布圖點(diǎn)開(kāi)SOLIDWORKS中的SOLIDWORKS插件，點(diǎn)擊SOLIDWORKSSIMULATION，在結(jié)果處可以查看新型刀具的應(yīng)變分布圖（見(jiàn)圖9）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在刀片與刀盤(pán)連接處出現(xiàn)的最大應(yīng)變值為0.000010mm。刀片尾端處為綠色，取值為0.000004043-0.000007076。此結(jié)果與實(shí)際機(jī)械加工中的數(shù)據(jù)一致。在實(shí)際生產(chǎn)生活中，刀具在使用之后，發(fā)生應(yīng)變大都集中在刀片與刀盤(pán)連接處和連桿與刀盤(pán)連接處，其次就是刀片尾端。如圖4.2.10為安全系數(shù)分布圖，設(shè)置為安全系數(shù)低于5的顯示為紅色。由圖可見(jiàn)全圖均為綠色，說(shuō)明各處安全系數(shù)均在5以上。圖4.9.10安全系數(shù)分布圖綜上，零件的設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)要求。4.3第三把刀具分析4.3.1材料設(shè)置材料為合金鋼，如圖4.3.1所示。圖4.3.1材料參數(shù)圖如表4.3.1為合金鋼的力學(xué)性能參數(shù)表4.3.1合金鋼的力學(xué)性能參數(shù)參數(shù)數(shù)值密度g/cm37.7彈性模量MPa2.1×10e11泊松比0.28張力強(qiáng)度N/m27.23×108屈服強(qiáng)度N/m26.20×108抗剪模量N/m27.9×10e114.3.2模型創(chuàng)建根據(jù)刀具1的模型，在其基礎(chǔ)上降低刀盤(pán)的厚度進(jìn)行厚度對(duì)刀具靜力學(xué)分析影響的實(shí)驗(yàn)，觀察刀盤(pán)厚度降低后刀具的靜力學(xué)分析結(jié)果，盡可能降低原材料成本。并將各刀盤(pán)上的開(kāi)溝刀彎刀數(shù)量增加至15把，其中外側(cè)刀具12把，內(nèi)側(cè)刀具3把，每把刀具采用兩枚螺絲將刀片固定在刀盤(pán)上。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)內(nèi)外側(cè)刀具進(jìn)行拋土板設(shè)計(jì)，增加了刀片的強(qiáng)度以及刀具與土壤的接觸面積，使開(kāi)溝效率更高。增加刀具的拋土效率的同時(shí)也使得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更強(qiáng)，不容易發(fā)生刀具斷裂的情況。圖4.3.2建模圖4.3.3網(wǎng)格劃分選用默認(rèn)的四面體網(wǎng)格劃分，單元數(shù)、節(jié)點(diǎn)數(shù)自動(dòng)判斷。劃分完成的模型網(wǎng)格如圖4.3.3所示：圖4.3.3網(wǎng)格劃分圖4.3.4邊界條件設(shè)置由刀具1計(jì)算得到開(kāi)溝機(jī)在作業(yè)時(shí)總的切削力Fr'為551.85N。對(duì)分析軟件中的刀具模型施加合理的約束與載荷。如圖4.3.4所示，對(duì)各個(gè)刀片與刀盤(pán)的連接處施加固定約束。圖4.3.4刀片約束如圖4.2.5所示，對(duì)刀具施加載荷。選擇常用的刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，公稱直徑D取49mm，刀具材料為合金鋼，根據(jù)零件工作狀態(tài)，對(duì)每個(gè)刀片上加載各為28.3N的沿刀片法線方向的載荷。如圖中各標(biāo)記點(diǎn)所示。并且以刀盤(pán)安裝軸孔為中心施加228r/min的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)模擬離心力。圖4.2.5載荷模擬4.3.5結(jié)果分析如圖為位移分布圖，最大位移位于頂端為0.038033mm。圖4.3.6位移分布圖點(diǎn)開(kāi)SOLIDWORKS中的SOLIDWORKS插件，點(diǎn)擊SOLIDWORKSSIMULATION，在結(jié)果處可以查看刀具結(jié)構(gòu)的位移分布圖。由刀具位移分布圖可看出刀具結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中在每個(gè)刀片的尖端部位，在圖中顯示為紅色，是變形最嚴(yán)重的部分，其他黃色部分之前都集中在刀柄與刀片的連接處，在通過(guò)兩枚螺絲將刀片約束在刀盤(pán)上后，這個(gè)問(wèn)題得到了解決，但黃綠色部分均轉(zhuǎn)移到了刀片中段處，這樣一來(lái)，刀片變形的速度將更快，需要更頻繁地更換刀片。如圖4.3.7為應(yīng)力分布圖，圖中顯示刀具3所受最大應(yīng)力8.474×106N/m2小于材料的屈服極限6.204×108N/m2。圖4.3.7應(yīng)力分布圖點(diǎn)開(kāi)SOLIDWORKS中的SOLIDWORKS插件，點(diǎn)擊SOLIDWORKSSIMULATION，在結(jié)果處可以查看刀具結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布圖。觀察應(yīng)力分布圖發(fā)現(xiàn)刀片拋土板根部處的顏色為紅色，取值范圍為7.626×106-8.474×106N/m2，是應(yīng)力值最大的地方。刀片中段處的顏色為綠色，取值為3.390×106-5.932×106N/m2。這與實(shí)際的機(jī)械加工實(shí)際經(jīng)驗(yàn)結(jié)論相符?？梢?jiàn)，將刀片根部通過(guò)兩枚螺絲約束在刀盤(pán)上之后，有效的解決了刀盤(pán)和刀片連接處應(yīng)力過(guò)大的問(wèn)題，但在實(shí)際加工過(guò)程中，受到應(yīng)力最大的部位變?yōu)榈镀瑨佂涟逄?，如此一?lái)，刀片變得容易磨損，同時(shí)也增加了刀具的制造成本。如圖4.3.8為應(yīng)變分布圖，最大應(yīng)變?yōu)?.000012mm。圖4.3.8應(yīng)變分布圖通過(guò)SOLIDWORKS得到如圖4.3.9所示的安全系數(shù)分布圖，由圖中數(shù)據(jù)顯示可得，在刀片中部出現(xiàn)的最大應(yīng)變值為0.000012mm。刀片末段處為綠色，取值為0.000004780-0.000008366mm。在實(shí)際生產(chǎn)生活中，將刀片固定在刀盤(pán)上的刀具在使用之后，發(fā)生應(yīng)變大都集中在刀片中段處。如圖為安全系數(shù)分布圖，設(shè)置為安全系數(shù)低于5的顯示為紅色。由圖可見(jiàn)全圖均為綠色，說(shuō)明各處安全系數(shù)均在5以上。圖4.3.9安全系數(shù)分布圖綜上，零件的設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)要求。4.4本章小結(jié)本章節(jié)對(duì)所設(shè)計(jì)的三把刀具進(jìn)行靜力學(xué)分析，通過(guò)位移、應(yīng)力、應(yīng)變、安全系數(shù)等數(shù)據(jù)對(duì)三把刀具進(jìn)行綜合考量。首把刀具安全系數(shù)未達(dá)到要求，將直刀改為彎刀之后，刀具應(yīng)力顯著降低，并且安全系數(shù)也達(dá)到要求，根據(jù)孫坤鵬[8]的研究結(jié)果可得，材料的彈性模量和刀盤(pán)厚度的改變不能顯著減小刀盤(pán)的應(yīng)力值。刀具3在增加了拋土板之后，刀具的應(yīng)力值并未顯著降低，并且拋土板處應(yīng)力明顯提高，造成不必要的麻煩，綜上所述，刀具2最符合設(shè)計(jì)要求。第五章深度控制技術(shù)及方案設(shè)計(jì)對(duì)于懸掛式的挖掘設(shè)備來(lái)說(shuō)，其深度調(diào)節(jié)機(jī)制構(gòu)成了一個(gè)高度復(fù)雜且非線性的液壓系統(tǒng)。由于土質(zhì)條件的不穩(wěn)定性和不可預(yù)測(cè)性，這種特性無(wú)疑增加了開(kāi)發(fā)此類深度調(diào)整裝置的技術(shù)挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的挖溝效果，我們需要精確地設(shè)定適當(dāng)?shù)恼{(diào)控策略。目前市場(chǎng)上的控制技術(shù)繁多，包括PID控制法、模糊邏輯以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等手段。在此部分，我們將重點(diǎn)探討如何利用這些常用工具來(lái)構(gòu)建適合懸掛式挖掘設(shè)備使用的深度調(diào)節(jié)解決方案。5.1PID控制技術(shù)PID控制策略已在眾多機(jī)械工程場(chǎng)景下得到深度運(yùn)用，其優(yōu)勢(shì)在于針對(duì)線性系統(tǒng)的精確調(diào)控能力。尤其是在已經(jīng)明確了數(shù)學(xué)建模的系統(tǒng)環(huán)境中，這種控制手段表現(xiàn)出卓越的效果。同時(shí)，它也在不斷融合新興的智能化控制技巧，以實(shí)現(xiàn)更為自動(dòng)化且高效的操作模式。5.1.1基本工作原理目前常見(jiàn)的PID工作原理圖如圖5.1所示。圖5.1PID工作原理圖最常用的控制技術(shù)之一就是比例-積分-微分(PID)控制法。該方法的核心在于收集并對(duì)比執(zhí)行后的反饋數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的目標(biāo)參數(shù)。接著，通過(guò)運(yùn)用PID算法，計(jì)算出一個(gè)新的參考點(diǎn)，并將此作為系統(tǒng)的輸入，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控設(shè)備輸出的調(diào)整，以逐步縮小其與設(shè)定目標(biāo)之間的差距，直至達(dá)到預(yù)期狀態(tài)。在控制系統(tǒng)領(lǐng)域，Proportional-Integral-Derivative(PID)控制算法是一種廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的經(jīng)典控制策略。具體來(lái)說(shuō)，PID模型的構(gòu)建過(guò)程可以被視為一個(gè)線性二次微分方程，其形式如下：y=kp*x+ki*ln(x)+kd*x^2(5-1)其中，kp代表比例系數(shù)，ki代表積分系數(shù)，kd代表微分系數(shù)，而x則表示輸入信號(hào)的大小。這個(gè)模型的核心思想在于利用這三個(gè)系數(shù)的不同組合來(lái)達(dá)到最佳的控制效果。例如，如果我們希望增加輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的響應(yīng)速度，那么我們可以選擇增大微分系數(shù)kd。反之，如果我們希望提高輸出的穩(wěn)定性，那么我們可以考慮降低微分系數(shù)kd。此外，如果我們希望優(yōu)化整個(gè)控制系統(tǒng)的性能，那么我們需要仔細(xì)調(diào)整比例系數(shù)kp和積分系數(shù)ki的值?？傊琍ID控制模型為我們提供了一種強(qiáng)大的工具，幫助我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的有效控制。在比例-積分-微分(PID)控制策略下，各部分的功能有所不同且相互關(guān)聯(lián)。其中，比例環(huán)節(jié)主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的反應(yīng)速度，其設(shè)置能夠決定了系統(tǒng)達(dá)到平衡所需的時(shí)間長(zhǎng)度。另一方面，積分的角色在于優(yōu)化對(duì)于較低頻率的調(diào)控效果，通過(guò)降低與設(shè)定目標(biāo)之間的偏離程度來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。最后，微分環(huán)節(jié)則專注于處理中等頻率范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性，以有效地減少過(guò)調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生。5.2PID控制的缺陷在許多情況下，比例-積分-微分(PID)控制法被廣泛用于線性系統(tǒng)的調(diào)控。通過(guò)調(diào)整PID參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些系統(tǒng)的精準(zhǔn)與穩(wěn)定的操控。然而，當(dāng)涉及到非線性系統(tǒng)，缺乏明確的數(shù)學(xué)建模，或是面臨外部力量的影響時(shí)，這種控制策略通常無(wú)法滿足預(yù)期的效果，其系統(tǒng)穩(wěn)健性和抗擾能力相對(duì)較低。當(dāng)懸掛式的挖土機(jī)械設(shè)備執(zhí)行地底任務(wù)時(shí)，它所構(gòu)成的是一種非線性和高度復(fù)雜的環(huán)境系統(tǒng)。然而，如果我們?cè)噲D通過(guò)預(yù)設(shè)的PID調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的管理，那么問(wèn)題就出現(xiàn)了。由于外部環(huán)境的變化無(wú)法被該系統(tǒng)的PID參數(shù)有效追蹤并適應(yīng)，因此，這種方式導(dǎo)致了挖掘機(jī)器的工作效能以及工作品質(zhì)難以達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。5.3本章小結(jié)本章闡述了如何通過(guò)控制液壓來(lái)改變懸掛式開(kāi)溝機(jī)開(kāi)溝深度的控制系統(tǒng)?？偨Y(jié)與展望行文至此，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文已經(jīng)全部完成，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我從頭到尾親自完成了懸掛式開(kāi)溝機(jī)及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，尤其是開(kāi)溝機(jī)刀具的設(shè)計(jì)。從刀具材料、類型的選擇，再到刀具參數(shù)的計(jì)算。從軟件建模、靜力學(xué)分析再到控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于前期工作做的比較好，所以前期沒(méi)消耗太多精力。就在我以為畢業(yè)設(shè)計(jì)能迅速完成的時(shí)候，進(jìn)度到了靜力學(xué)分析和建模，我真正感覺(jué)到了困難。雖然都是學(xué)過(guò)的知識(shí)，但當(dāng)真正第一次面對(duì)機(jī)電方面的復(fù)雜工程問(wèn)題時(shí)，每個(gè)人都是新手，通過(guò)畢業(yè)