旋挖钻机变幅机构的力学特性分析及结构参数优化

摘要

旋挖钻机是一种机电液一体化程度高、功能多样、技术含量高的灌注桩成孔施工工程机械设备,主要用于大直径深孔灌注桩成孔等的施工作业。凭借其优异的性能逐步取代了其他工效低下、污染严重的桩工类工程机械设备。旋挖钻机的变幅机构是整机受力的关键部位之一,在灌注桩成孔作业和工作部结构调整过程中对整机布局和安全稳定性有着较大影响,受力情况比较复杂,很难用解析法进行结构的静力学计算。为保证在作业施工时的成孔精确度和成孔质量,对变幅机构的力学特性分析和优化设计的研究就具有了重要的理论意义和实际应用价值。
　　本文结合变幅机构工作原理及受力的特点,列举出了实际工作过程中的三种典型极限工况并有针对性的对其进行了研究,建立了相应的力学模型和数学求解方程,计算出了整机工作部的自由度和整体重心。利用三维实体建模软件 Pro/E和大型有限元分析软件 ANSYS对旋挖钻机的变幅机构进行了静力学和模态仿真分析,通过数值模拟计算得到了结构件在三种典型工况下的应力和位移的分布规律,给出了变幅机构的前六阶频率和振型。提出了利用参数化建模方法,对变幅机构进行结构轻量化优化设计研究,说明了在保证同等强度时优化设计的合理性和可靠性,为旋挖钻机变幅机构的结构设计、结构优化和轻量化等方面提供了理论依据和参考。

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第一章 绪论

1.1 旋挖钻机概论

1.2 旋挖钻机的国内外研究现状及应用发展趋势

1.3 课题来源及主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 旋挖钻机变幅机构概述

2.1 旋挖钻机变幅机构结构分析及工作原理

2.2 旋挖钻机变幅机构力学分析

2.3 本章小结

第三章 旋挖钻机变幅机构的有限元分析

3.1 有限元软件 ANSYS Workbench 仿真环境简介

3.2 旋挖钻机变幅机构三维模型的建立和前处理

3.3 旋挖钻机变幅机构三种典型工况的仿真分析

3.4 旋挖钻机变幅机构各部件的模态仿真分析

3.5 本章小结

第四章 旋挖钻机变幅机构的有限元优化

4.1 基于 ANSYS Workbench 的优化设计概述

4.2 变幅机构优化数学模型的建立

4.3 数学模型参数的定义

4.4 优化结果分析

4.5 优化后的数值模拟仿真分析

4.6 变幅机构的结构优化

4.7 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢