大噸位雙回轉(zhuǎn)鐵路救援起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)研究
發(fā)布時(shí)間：2017-04-20 05:07
本文關(guān)鍵詞：大噸位雙回轉(zhuǎn)鐵路救援起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
【摘要】：當(dāng)前,鐵路救援起重機(jī)是保證鐵路暢通,以及處理突發(fā)事故的不可或缺的重要裝備,轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)作為鐵路救援起重機(jī)的重要組成部分,鐵路起重機(jī)的性能在很大程度上受到轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的重量以及結(jié)構(gòu)形式的影響。因而本文以我國(guó)自主研發(fā)的QTJS160型起重機(jī)為研究背景,希望為祖國(guó)未來(lái)的鐵路起重機(jī)的發(fā)展提出自己的一些設(shè)想。 本文在研究了國(guó)內(nèi)外鐵路起重機(jī)發(fā)展現(xiàn)況以及對(duì)比了兩種回轉(zhuǎn)方案的優(yōu)劣之后,決定以QTJS160型起重機(jī)為設(shè)計(jì)背景,提出初步的雙回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方案,并在此基礎(chǔ)上對(duì)初始方案進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì),主要內(nèi)容如下： (1)創(chuàng)造性地將拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)應(yīng)用到鐵路起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)中,以轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的柔度最小為目標(biāo)函數(shù),優(yōu)化后的體積為約束條件,研究了常用的拓?fù)鋬?yōu)化方案和數(shù)學(xué)計(jì)算方法,推導(dǎo)出拉格朗日乘子法求解變密度法的拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題,建立了基于變密度法的轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的數(shù)學(xué)模型。依托ANSYS WORKBENCH協(xié)同仿真平臺(tái),建立了上、下轉(zhuǎn)臺(tái)初始結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型,利用Shape Optimization(形狀優(yōu)化)模塊完成對(duì)初始模型的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),經(jīng)可制造化處理得到了一個(gè)全新的轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu),上、下轉(zhuǎn)臺(tái)質(zhì)量分布下降了39.41%和41.89%,輕量化效果十分顯著。 (2)拓?fù)浜蟮霓D(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)由于板厚為初始值,且局部尺寸尚未精確,因此在對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)依然存在材料富余情況,可以通過(guò)尺寸優(yōu)化方法進(jìn)行進(jìn)一步的輕量化設(shè)計(jì)。首先通過(guò)靈敏度分析,找出對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和質(zhì)量影響較大的設(shè)計(jì)因素作為變量,以結(jié)構(gòu)總體質(zhì)量作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),以材料許用應(yīng)力作為約束條件。之后,通過(guò)中心組合設(shè)計(jì)(Central Composite Design)方法確定了優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算樣本,建立響應(yīng)面,并經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)值吻合度和參數(shù)相關(guān)性對(duì)所建立的響應(yīng)面進(jìn)行評(píng)估,結(jié)果是理想的。繼而基于MOGA(多目標(biāo)遺傳算法)完成對(duì)上、下轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化計(jì)算,并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行靜力學(xué)分析,得到的結(jié)論是優(yōu)化后的轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)符合材料強(qiáng)度和剛度的要求,且與拓?fù)浜蟮慕Y(jié)果比較,上轉(zhuǎn)臺(tái)質(zhì)量下降34.74%,下轉(zhuǎn)臺(tái)也有16.61%的降幅。再將優(yōu)化后的上、下轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合仿真分析,通過(guò)校核得到結(jié)論：優(yōu)化后的轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 (3)在轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)靜力學(xué)強(qiáng)度和剛度得到充分校核之后,完成了一系列其他方面的分析工作,包括：轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析、屈曲分析以及非線(xiàn)性分析。在動(dòng)態(tài)分析中通過(guò)Block Lanczos模態(tài)提取方法得到轉(zhuǎn)臺(tái)前六階頻率,轉(zhuǎn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的一階固有頻率為0.63883HZ,處于一個(gè)較低的值,容易產(chǎn)生共振,配重需要支腿來(lái)穩(wěn)定；在諧響應(yīng)分析中,從結(jié)果的振幅響應(yīng)曲線(xiàn)中可以看出,在不同頻率的激勵(lì)載荷作用下,轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)在第四階(頻率為3.5181Hz)的時(shí)候振幅響應(yīng)出現(xiàn)峰值,因此第四階容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的共振現(xiàn)象；屈曲分析中,取一階屈曲載荷系數(shù),則下轉(zhuǎn)臺(tái)屈曲載荷為63069N,轉(zhuǎn)換成質(zhì)量就是在配重伸縮臂全伸時(shí)候配重質(zhì)量達(dá)到63.069t就會(huì)使優(yōu)化后的下轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)生屈曲失穩(wěn),工況中配重質(zhì)量在安全范圍內(nèi)。然后對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行非線(xiàn)性分析發(fā)現(xiàn)：在線(xiàn)性分析中,壓應(yīng)力分布較為均勻,而考慮摩擦接觸時(shí),由于油缸底部支撐軸的變形,導(dǎo)致軸孔內(nèi)側(cè)出現(xiàn)局部應(yīng)力激增,容易出現(xiàn)壓潰的情況,因此實(shí)際生產(chǎn)中軸孔的內(nèi)側(cè)邊緣需要導(dǎo)圓角,以避免這種由于應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致軸孔磨損嚴(yán)重、壽命減少的現(xiàn)象。
【關(guān)鍵詞】：雙回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái) 拓?fù)?/strong> 輕量化設(shè)計(jì) 靈敏度分析 響應(yīng)面 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳算法 動(dòng)態(tài)分析 屈曲分析 非線(xiàn)性接觸
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：U298.6;TH218
【目錄】：
- 摘要6-8
- Abstract8-13
- 第1章 緒論13-25
- 1.1 研究背景13-15
- 1.1.1 我國(guó)鐵路發(fā)展現(xiàn)狀13-14
- 1.1.2 選題背景14-15
- 1.2 國(guó)內(nèi)外鐵路救援起重機(jī)的發(fā)展概況15-18
- 1.2.1 國(guó)外鐵路起重機(jī)發(fā)展概況15-16
- 1.2.2 國(guó)內(nèi)鐵路起重機(jī)發(fā)展概況16-18
- 1.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)18-20
- 1.3.1 尺寸優(yōu)化18-19
- 1.3.2 形狀優(yōu)化19
- 1.3.3 拓?fù)鋬?yōu)化19-20
- 1.4 有限元技術(shù)20-23
- 1.4.1 響應(yīng)面法22
- 1.4.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)22-23
- 1.4.3 遺傳算法23
- 1.5 論文研究的主要內(nèi)容及工程意義23-25
- 第2章 大噸位鐵路救援起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)分析25-30
- 2.1 大噸位鐵路起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)特點(diǎn)25
- 2.2 單回轉(zhuǎn)與雙回轉(zhuǎn)25-26
- 2.3 雙回轉(zhuǎn)方案選擇26-27
- 2.4 QTJS160起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)載荷計(jì)算27-29
- 2.5 本章小結(jié)29-30
- 第3章 轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化30-53
- 3.1 拓?fù)鋬?yōu)化方法30-31
- 3.1.1 變厚度法30
- 3.1.2 均勻化方法30-31
- 3.1.3 變密度法31
- 3.2 拓?fù)鋬?yōu)化方案31-36
- 3.2.1 拓?fù)鋬?yōu)化流程圖32
- 3.2.2 拓?fù)鋬?yōu)化算法32
- 3.2.3 拓?fù)鋬?yōu)化軟件32
- 3.2.4 拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)方法32-36
- 3.3 轉(zhuǎn)臺(tái)拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程36-51
- 3.3.1 上轉(zhuǎn)臺(tái)拓?fù)鋬?yōu)化37-43
- 3.3.2 上轉(zhuǎn)臺(tái)拓?fù)浣Y(jié)果分析43-44
- 3.3.3 下轉(zhuǎn)臺(tái)拓?fù)鋬?yōu)化44-49
- 3.3.4 下轉(zhuǎn)臺(tái)拓?fù)浣Y(jié)果分析49-51
- 3.4 本章小結(jié)51-53
- 第4章 基于A(yíng)NSYS WORKBENCH的轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)53-85
- 4.1 ANSYS WORKBENCH優(yōu)化模塊53-54
- 4.2 上轉(zhuǎn)臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)54-71
- 4.2.1 上轉(zhuǎn)臺(tái)參數(shù)化建模54-55
- 4.2.2 上轉(zhuǎn)臺(tái)靜力學(xué)分析流程55-56
- 4.2.3 上轉(zhuǎn)臺(tái)材料參數(shù)設(shè)置56
- 4.2.4 上轉(zhuǎn)臺(tái)網(wǎng)格劃分56-60
- 4.2.5 上轉(zhuǎn)臺(tái)有限元分析60-61
- 4.2.6 上轉(zhuǎn)臺(tái)輕量化設(shè)計(jì)61-71
- 4.3 下轉(zhuǎn)臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)71-80
- 4.3.1 下轉(zhuǎn)臺(tái)參數(shù)化建模71-72
- 4.3.2 下轉(zhuǎn)臺(tái)網(wǎng)格劃分72-74
- 4.3.3 下轉(zhuǎn)臺(tái)有限元分析74-75
- 4.3.4 下轉(zhuǎn)臺(tái)輕量化設(shè)計(jì)75-80
- 4.4 轉(zhuǎn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)分析80-84
- 4.4.1 接觸關(guān)系的設(shè)置80
- 4.4.2 總體應(yīng)力校核80-83
- 4.4.3 轉(zhuǎn)臺(tái)作業(yè)模擬83-84
- 4.5 本章小結(jié)84-85
- 第5章 轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)力學(xué)與非線(xiàn)性分析85-96
- 5.1 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析85-88
- 5.1.1 轉(zhuǎn)臺(tái)模態(tài)分析85-87
- 5.1.2 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)諧響應(yīng)分析87-88
- 5.2 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的屈曲分析88-90
- 5.3 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)非線(xiàn)性分析90-95
- 5.3.1 軸孔接觸非線(xiàn)性分析92-94
- 5.3.2 回轉(zhuǎn)支承面接觸非線(xiàn)性分析94-95
- 5.4 本章小結(jié)95-96
- 結(jié)論與展望96-98
- 致謝98-99
- 參考文獻(xiàn)99-103
- 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及獲得的榮譽(yù)103-104
【參考文獻(xiàn)】
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本文關(guān)鍵詞：大噸位雙回轉(zhuǎn)鐵路救援起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
，本文編號(hào)：317942
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