盐用橡胶履带式斗轮取料机底盘设计与研究

摘要

斗轮取料机是专门用于散货装卸场的物料堆取装备，主要用于场地内物料的堆取和均料。斗轮取料机的执行机构是一个斗轮，可以通过斗轮的旋转在储料场将物料运走，同时可以将运到物料场的物料经机器臂架上的带式输送机反向运行而堆存在料场，因此斗轮取料机能实现储料场物料的连续装卸。
　　本文设计的斗轮取料机的出发点主要是基于盐场对生产条件的具体需求。出于对盐场实际地面条件的考虑，以及橡胶履带对于传统金属履带的各种优点，采用了履带式行走底盘。目的是降低振动和噪声，减少对盐场地面的破坏。
　　本文首先基于履带式工程机械底盘的构造，结合机械设计资料以及盐场对工作效率等因素的要求，完成了盐用斗轮堆取料机的底盘设计，并在满足工艺参数的前提下，对履带和相关的驱动部件进行了合理的选型并校核，并基于Catia完成了虚拟样机设计。
　　本文设计的车辆属于履带车辆，转弯问题和车辆对盐场地面的通过性和破坏性问题是本文研究的重点，因此，作者基于Matlab和数值分析方法完成了转弯过程的研究，并导出了转弯半径与两侧履带速比的一般关系;基于地面力学的理论基础知识，结合实际的土壤条件，分别研究了静态和作业工况下履带接地比压的分布情况，并研究各工况下履带的接地比压最大值，验证了样机不会对盐场的土壤造成破坏。同时，也研究了执行机构的受力情况以及履带接地比压与重心位置之间的一般性关系。另外，也初步探索了履带接地比压于制动和启动时的加速度关系，确认了即便是惯性的影响，在启动和刹车工况，整机也不可能发生倾覆。最后，基于有限元设计理论，研究了模态分析和静力学分析的理论基础，并运用专业的CAE分析工具Workbench对车架部分进行了模态分析和静力学分析，验证了样机远远没有达到共振的危险，也满足结构上的强度要求。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 斗轮堆取料机简介

1．2 选题背景及研究意义

1．2．1 选题背景

1．2．2 研究意义

1．3 国内外的研究动态及发展趋势

1．3．1 国外的研究动态

1．3．2 国内的研究动态

1．3．3 发展趋势

1．4 本章小结

2 斗轮堆取料机的底盘设计

2．1 工艺参数及总体设计方案确定

2．2 底盘各子系统的设计方案研究

2．2．1 动力及传动系统

2．2．2 制动系统

2．2．3 转向系统

2．2．4 悬架系统

2．3 底盘行驶系统设计

2．3．1 驱动轮

2．3．2 张紧轮

2．3．3 托轮及支重轮

2．3．4 底盘行驶履带

2．4 基于CATIA的虚拟样机设计

2．4．1 斗轮取料机底盘总成装配

2．4．2 履带建模

2．4．3 动力系统总成建模

2．4．4 张紧轮总成建模

2．4．5 托轮及支重轮总成建模

2．4．6 底架总成建模

2．4．7 出料机旋转支点建模

2．4．8 DFMEA研究及基于DFMEA设计思想的模型验证

2．5 本章小结

3 基于数值分析及Matlab的转向过程研究

3．1 履带车辆转向原理

3．2 斗轮取料机转向动力学研究

3．2．1 转向过程中履带与地面的作用关系

3．2．2 转向牵引力

3．2．3 转向阻力矩

3．2．4 转向过程的平面运动方程

3．3 基于Matlab的转向过程研究

3．3．1 相对转弯半径与转向极横向偏移量的关系研究

3．3．1 相对转弯半径与内外侧履带速比关系的研究

3．4 本章小结

4 车辆地面力学的研究

4．1 地面力学理论基础研究

4．2 履带接地比压的研究

4．2．1 接地比压及其经验公式

4．2．2 接地比压与设备重心的关系研究

4．2．3 基于虚拟样机的重心研究及接地比压验证

4．3 静止工况下整机发生倾覆的极限位置

4．4 作业中整机稳定性问题研究

4．4．1 执行机构切削作用力的研究

4．4．2 基于挖掘力的履带接地比压及整机倾覆问题研究

4．5 刹车和启动过程整机稳定性问题

4．5．1 履带接地比压与车辆加速度的关系研究

4．5．2 刹车和启动瞬间整机稳定性验证

4．6 本章小结

5 整机有限元分析

5．1 有限元分析概述

5．1．1 有限元分析的理论基础

5．1．2 有限元分析的模型准备

5．1．3 网格划分及材料属性定义

5．2 车架模态分析

5．2．1 模态分析的理论基础及其必要性

5．2．2 模态分析的边界条件

5．2．3 车架模态分析的结果及结论

5．3 车架的结构静力学分析

5．3．1 静力学分析的理论基础

5．3．2 静力学分析的边界条件及加载

5．2．3 车架静力学分析的结果及结论

5．4 本章小结

6 结论

7 展望

参考文献

致谢