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悬挂式开沟机是一种在田间和城市进行地下管线铺设的机械开沟设备,采用拖拉机牵引可以较大提升开沟工作效率,降低了人力成本支出。开沟的深度和链条的速度是评价开沟机工作效率的重要因素。目前市场上的开沟机仍处于起步阶段,自动化程度较低,与国外开沟机相比有一定差距。基于这一现状,课题对一种新型悬挂式开沟机的关键机械结构和控制系统进行设计与研究。在进行相关调研和查阅国内外文献的基础上,本文以自主设计的悬挂式开沟机进行研究,主要包括如下内容:(1)根据施工的具体要求确定悬挂式开沟机的结构参数,设计悬挂式开沟机的机械结构,通过Solidworks软件进行悬挂式开沟机关键零部件绘制,对悬挂式开沟机进行整体装配。依据实际工作要求对开沟机的液压控制系统进行详细设计,对液压元件进行计算和选型,在MATLAB中编程验证液压系统的稳定性。(2)对比不同控制算法的优缺点,设计PID控制器、模糊PID力位复合控制算法对开沟深度进行控制,利用AMESim和MATLAB联合仿真对系统分析和参数优化。结果表明,模糊PID力位复合控制算法优越,当开沟阻力￡8KN,位系数为0.8~1,力系数为0.1~0.5,伺服阀频率为30Hz~45Hz,伺服阀增益为100~130,阀芯阻尼系数为3~5时,开沟深度准确,液压系统稳定。(3)通过对链条工作状况的分析研究,确定其液压元件的相关参数,在AMESim中建立开环和闭环的链速液压系统,在MATLAB中建立单神经元控制系统。通过用不同的控制方式对系统仿真,得出不同工况和不同控制算法下链速变化情况。结果表明单神经元PID控制算法对悬挂式开沟机链速控制效果最佳。课题设计的悬挂式开沟机集开沟深度和链条速度自动控制于一体,工作效率和自动化程度较目前市场上的开沟机有一定的优势,关键机械结构的设计与控制系统的研究是本课题的主要内容,解决这项技术难题对悬挂式开沟机的研发有着重要的意义。