大型绞吸式挖泥船绞刀轴校中与振动计算分析研究

摘要

我国江河湖库众多，海域辽阔，需要进行不断的整治、清理淤泥和流沙工作。挖泥船作为用于水利清淤、河道治理、航道疏浚、环保清污、水域吹填、岛屿建设及市政建设等水下开挖输送施工、水域工程治理的主要设备，具有广阔的市场。大型绞吸式挖泥船是一种常用的清淤疏浚工具，其核心部件之一是切削系统。传动轴系是切削系统必不可少的一部分，因此传动轴系的计算分析对绞吸式挖泥船的设计和制造有着重要的指导意义。轴系的校中和振动计算是设计和安装阶段所必须的。目前，对轴系的振动与校中计算主要是针对推进轴系的，还很少有传动轴系的振动与校中计算。本文应用有限元法研究了绞吸式挖泥船绞刀传动轴振动与校中计算方法，为挖泥船的设计和制造提供参考。 本文以某4500m3/h绞吸式挖泥船为例，在对绞刀受力和桥架变形的进行分析后，对绞刀传动轴系作了轴系校中和振动计算分析研究。 全文共分六章，第一章对本文研究领域的历史和发展状况进行了综述，并介绍了本文的研究目标和研究内容。 第二章从绞刀的Pro/E三维造型入手，应用变截面扫描创建了绞刀模型，将二维平板切削理论应用于绞刀的受力分析，分析了绞刀切削过程，确定了轴系的载荷。 第三章对桥架进行了建模，分析了桥架的载荷，应用有限元软件对桥架在不同工况下的受力作了分析并计算了各工况下的变形。 第四章首先介绍了当前轴系校中常用的方法，分析了轴系校中的影响因素，对轴系在不同边界条件和工作环境下的校中作了计算分析，并进行了实际测试，检验了所用方法的合理性。 第五章分析了轴系振动的形式，介绍了当前轴系振动的计算方法，以及有限元法求解振动问题的基本原理。对轴系在不同边界条件和工作环境下的振动计算分析，以及影响振动计算因素分析。 第六章总结了本文的主要工作，并针对存在的问题，为下一步的工作提出展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景和研究意义

1.2绞吸式挖泥船的发展、性能及构成系统

1.2.1绞吸式挖泥船的发展

1.2.2绞吸式挖泥船的性能

1.2.3绞吸式挖泥船的工作原理和结构

1.3国内外研究现状

1.3.1绞刀

1.3.2桥架

1.3.3轴系校中与振动

1.4研究目标与主要内容

第2章绞刀作用力分析

2.1绞刀

2.1.1绞刀的结构

2.1.2绞刀的类型

2.2绞刀的三维造型

2.2.1 Pro/E软件介绍

2.2.2绞刀的造型

2.3绞刀切削过程分析

2.3.1正切削与反切削

2.3.2切削过程

2.3.3切削力

2.3.4影响切削力的因素

2.4切削参数的计算

2.4.1切削速度Vc

2.4.2切削层厚度hi

2.4.3土质特性系数

2.5绞刀作用力的计算

2.6本章小结

第3章桥架载荷分析

3.1桥架结构有限元模型的建立

3.1.1坐标的选取

3.1.2桥架模型的建立

3.1.3定义材料参数

3.1.4载荷及约束条件

3.2桥架载荷分析

3.2.1工况1——水平悬吊状态

3.2.2工况2——6米挖深状态

3.2.3工况3——28米挖深状态

3.3本章小结

第4章绞刀轴系校中计算研究

4.1轴系校中常用的方法

4.1.1三弯矩法

4.1.2传递矩阵法轴系校中

4.1.3有限元法

4.2绞刀轴系校中计算的影响因素

4.2.1轴承刚性

4.2.2绞刀轴承支承点位置

4.2.3桥架变形

4.2.4温度变化

4.3研究对象及方法

4.3.1研究对象

4.3.2轴系部分参数

4.3.3研究方法

4.4轴系校中计算

4.4.1 6米水深工作状态轴承反力

4.4.2 28米挖深状态

4.4.3水平悬吊状态

4.4.4安装状态计算

4.4.5安装状态测试

4.5本章小结

第5章绞刀轴系振动计算研究

5.1绞刀轴系振动及计算方法

5.1.1绞刀轴系振动形式

5.1.2轴系振动的研究方法

5.1.3有限元法求解振动问题的基本原理

5.2轴系固有振动特性计算及其影响因素

5.2.1研究对象及方法

5.2.2横向振动

5.2.3纵向振动

5.2.4扭转振动

5.3本章小结

第6章总结与展望

6.1主要研究工作及总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研项目