轮胎式水泥路破拆车静动态特性分析及运动学仿真

摘要

随着城我国城镇化进程的加快，房屋、桥梁和公路等设施的建造也越来越多，工程量越来越大，如果再单纯地依靠人工拆除作业将严重影响工作效率，甚至影响整个社会的城市化进程。另外，采用传统的爆破拆除方式虽然能够快速大范围地完成破拆工作，但其始终存在着安全性问题，特别是像学校、居民区及商业中心等人员密集区是无法采用爆破方式进行破拆作业的。随着我国社会发展进程的不断加快，水泥路面铺设及整修的周期也越来越短，路面质量要求越来越高，因此致使路面硬化与维护工作愈发频繁，工作量越来越大。由于人工破坏力及人体所能承受的连续破拆作业的持续时间是有限的，若再单纯的依靠人力进行破拆将严重影响工作进度，而且会对破拆工人的身体造成一定损害，而破拆工程机械的出现在大大提高破拆作业能力的同时，还使得破拆作业更为安全高效，保证了工人身体免受伤害。
　　本文所研究的破拆机械为轮胎式水泥路破拆车，相对于大中型破拆机械来说，此破拆车体积小、重量轻，能够灵活移动，可在狭窄路面上进行破拆作业。另外机械臂末端安装有轻型液压破碎镐，完全可以满足普通水泥路面的破拆工作。
　　本论文根据对轮胎式水泥路破拆车尺寸的现场测量并借助三维建模软件创建了整车实体模型，而后根据等效刚度理论对整车模型进行了等效简化以建立后续分析所需要的模型。论文对轮胎式水泥路破拆车整体进行了静力理论计算，分析得到了在工作过程中机械臂各关节的受力情况以及破拆车于斜坡上工作时路面倾斜的极限角度，为以后的破拆工作提供了一定的参考。之后本文又对水平路面工作时车体受力及变形情况进行了有限元分析，通过分析找出了一些潜在的问题，为后面的优化提供了方向。
　　论文从车体模态分析及发动机和破碎镐激励下的车体振动特性分析两方面对车体的动态特性进行了研究。研究过程中，先对车体进行了模态分析以预先了解车体各阶固有频率及振型。然后以模态分析结果为参考，设定谐响应分析的激振频率范围及测量点并分别进行了发动机激励和破碎镐激励作用下的谐响应分析，根据分析结果查看车体是否会产生共振，并对后期的优化指明了方向。
　　建立机械臂运动分析模型，分别采用矩阵法及Adams运动仿真软件对工作装置的运动轨迹进行理论计算和仿真求解，得出破拆车工作装置端点的各极限工作位置，并通过计算求得各极限状态下对应的大臂油缸和摆座油缸的长度，进而使得两种轨迹求解方法得已相互验证，确保了运动轨迹的准确性，这也为实际工作中更好的控制机械臂提供了依据。
　　最后，本文研究了三种不同的直角焊缝对电磁阀支座和车体主立柱连接部位应力变化及振动特点的影响，并从中选择较为合适的焊接方案以消除应力集中并具有较好的动态特性，进而保证在工作过程中不会因为车体振动而使得电磁阀支座与车体主立柱连接部位发生破坏。采用多目标优化分析对车体的四阶固有频率进行优化，即在尽可能保证材料质量最小的情况下选用合理的方管尺寸以提高四阶模态固有频率，以避免车体在发动机怠速激励作用下发生共振，保证车体工作的稳定性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 研究与发展现状

1.3 有限元法理论概述

1.4 本文主要研究内容

第2章 轮胎式水泥路破拆车模型的建立

2.1 轮胎式水泥路破拆车结构组成

2.2 三维实体模型的建立

2.3 有限元模型的建立

2.4 本章小结

第3章 轮胎式水泥路破拆车静力学分析

3.1 有限元结构静力学分析概述

3.2 轮胎式水泥路破拆车静力计算

3.3 本章小结

第4章 轮胎式水泥路破拆车动态特性分析

4.1 结构动态特性分析概述

4.2 车体模态分析

4.3 基于发动机和破碎镐激励下的整车振动特性分析

4.4 本章小结

第五章 轮胎式水泥路破拆车运动学分析

5.1 运动学分析概述

5.2 基于坐标变换的工作装置运动轨迹分析

5.3 本章小结

第六章 轮胎式水泥路破拆车车体优化设计

6.1 优化设计基本理论概述

6.2 优化设计数学模型

6.3 优化设计

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 课题总结

7.2 研究展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况