清筛机挖掘装置及道床仿真分析与研究

摘要

我国铁路的轨道结构主要为有砟轨道，随着运行时间的增长会出现劣化，需要大型养路机械定期维护以保证铁路运输的正常进行。清筛机可以通过清筛换砟解决一部分的问题。目前对于有砟道床的清筛过程中清筛机挖掘装置的工作状态与受力研究仍缺乏相应的理论支持。本文完成了对挖掘链作业过程的仿真并对仿真结果进行了分析，为清筛机的优化提供了理论依据。　　创建了基于真实道床的离散元模型，通过模拟过筛试验确定了道砟级配关系，通过对软件的二次开发使道床模型的密实度达到真实道床的标准，解决了离散元模型与真实情况不符的问题。在此离散元模型基础上通过修改颗粒级配及相关参数创建了脏污道床、翻浆冒泥道床、板结道床的离散元模型。　　结合清筛机与有砟道床的相关研究内容，通过EDEM软件和RecurDyn软件的耦合，对挖掘链挖掘过程进行了仿真，明确了道砟在此过程中的运动规律。仿真过程中挖掘链的受力情况与经验计算公式求得的结果相符。　　通过设置不同的对照仿真试验，分析了各挖掘参数对清筛机挖掘装置的影响。对于一般脏污道床提升链速可以减小挖掘阻力，但对挖掘阻力的波动影响很小；挖掘链的受力会随清筛机的走行发生周期性波动；提升挖掘深度会增大挖掘阻力，但会减少挖掘阻力的波动。通过对挖掘链挖掘原理的探讨，文章指出对挖掘链挖掘阻力计算应基于冲击原理而不是切削原理。针对以上内容，对原挖掘阻力的经验计算公式进行了修正和补充，提出了挖掘阻力平均波动幅值的计算公式。　　通过分析在不同劣化程度的道床条件下清筛机挖掘链的挖掘阻力及其波动情况的差异，并与一般脏污程度的道床进行比对，发现在板结道床作业时挖掘链挖掘阻力最大，受到冲击也最大。本文还对板结工况下作业的挖掘链进行了磨损分析以及强度校核。证明了挖掘链的寿命和强度满足要求。　　本研究为有砟道床的清筛挖掘过程的研究提供了理论基础，也为清筛机等铁路养护机械的优化改良提供了模拟试验的方法。

目录

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目 录

第1章绪论

1.1课题的来源、目的及意义

1.1.1 课题的来源

1.1.2 课题的目的及意义

1.2国内外道砟清筛机的发展历程及发展方向

1.2.1国外清筛机的发展历程

1.2.2国内清筛机的发展历程

1.2.3清筛机挖掘装置的优化方向

1.3 清筛机及挖掘装置简介

1.4 有砟道床研究现状

1.5 本文的主要研究内容

第2章有砟道床离散元建模

2.1基于EDEM软件的道砟颗粒建模方法

2.1.1 道砟颗粒外形的模拟

2.1.2 道砟参数的确定

2.2有砟道床离散元模型的建模方法

2.2.1道砟级配关系的模拟

2.2.2有砟道床外形的模拟

2.3 道床离散元模型建立的软件二次开发

2.4 基于模拟试验方法的离散元模型参数校核

2.5 本章小结

第3章脏污道床挖掘过程的动力学仿真分析

3.1 脏污道床离散元模型的建立

3.2 基于RecurDyn的挖掘装置动力学模型的建立

3.3 挖掘装置的受力分析及验证

3.3.1 耙板链节在挖掘过程中的受力分析

3.3.2 挖掘链受力情况仿真结果的分析

3.3.3 挖掘链受力情况仿真结果的经验计算公式验证

3.4 本章小结

第4章挖掘参数对挖掘装置的影响分析

4.1 挖掘链链速对挖掘装置的影响

4.2 水平导槽与轨枕水平位置关系对挖掘装置的影响

4.3挖掘深度对挖掘装置的影响

4.4挖掘链挖掘阻力经验计算公式的修正与补充

4.4.1 挖掘链耙砟原理的探讨

4.4.2 挖掘链切削阻力计算公式

4.4.3 挖掘阻力平均波动幅值计算公式

4.5 本章小结

第5章劣化道床挖掘过程的动力学仿真分析

5.1 翻浆冒泥道床离散元模型的建立

5.2 耙板链节在翻浆冒泥道床作业的仿真结果分析

5.3 板结道床离散元模型的建立

5.4 耙板链节在板结道床作业的仿真结果分析

5.5 本章小结

第6章板结工况下挖掘链耙板链节的校核

6.1 耙板链节磨损分析

6.2 耙板链节强度校核

6.3 本章小结

结论及展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

附录