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基于虚拟样机技术的掘进机截割部振动特性研究

作　者: 王乘云
导　师: 赵丽娟
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 掘进机截割部虚拟样机技术刚柔耦合振动特性
分类号: TD421.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

掘进机硬岩掘进时,工况恶劣,载荷复杂,使得基于物理样机的试验危险性大且代价昂贵,而利用虚拟样机技术进行建模与仿真研究可以在物理样机产生前对产品的性能进行全面评估,从而获得系统级优化的产品。通过建造以ADAMS为核心的虚拟样机技术环境,建立了复杂煤层赋存条件下工作的掘进机截割部刚-柔耦合虚拟样机振动模型;利用Matlab软件模拟了与实际工况中各频率成分相似的频域信号载荷曲线,并添加到虚拟样机模型上;通过施加简谐信号和随机信号,利用ADAMS/Vibration模块对掘进机样机模型进行振动仿真分析;提取了回转台的低阶模态振型和频率;对掘进机的振动特性进行了预测,提出在实际工作中应该注意的激振频率;最后基于载荷波动系数最小进行了截割部部分参数优化,并进行了再仿真,查看并对比了优化后截割部的振动性能改善情况。本文的研究为掘进机截割部系统的优化提供了明确的量化依据,从而提出优化方案,改进设计,有助于在物理样机制造前就全面掌握产品的性能,极大地降低了新产品的研发成本,为复杂环境下工作的大型工矿装备的设计与研究提供了一种新的方法和手段,具有巨大的应用前景。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-21
  1.1 掘进机的分类及特点  10-14
    1.1.1 掘进机的分类  10-13
    1.1.2 掘进机在我国的发展  13-14
  1.2 掘进机振动研究的必要性及现状  14-16
    1.2.1 掘进机振动研究的必要性  14-15
    1.2.2 我国对掘进机振动特性的研究现状  15-16
  1.3 虚拟样机技术的发展及应用现状~([9-12])  16-20
    1.3.1 虚拟样机技术的发展  16-17
    1.3.2 虚拟样机技术在国内外的应用现状  17-19
    1.3.3 虚拟样机技术在掘进机研制中的必要性与可行性  19-20
  1.4 论文的研究内容和意义  20-21
    1.4.1 论文的研究内容  20
    1.4.2 论文的意义及价值  20-21
2 虚拟样机技术及机械振动基础理论  21-37
  2.1 虚拟样机技术的多领域建模与协同仿真技术~([13])  21-31
    2.1.1 虚拟样机技术相关软件  21
    2.1.2 虚拟样机技术核心软件—ADAMS  21-27
    2.1.3 虚拟样机技术的多领域建模技术  27-28
    2.1.4 虚拟样机技术的协同仿真技术~([14-19])  28-30
    2.1.5 多领域建模与协同仿真运行的关键使能技术~([28])  30-31
  2.2 机械振动理论及模态分析方法  31-37
    2.2.1 振动基础理论~([20-21])  31-32
    2.2.2 模态分析方法  32-34
    2.2.3 虚拟振动分析工具—ADAMS/Vibration 模块  34-37
3 刚柔耦合虚拟样机模型的建立及运动学仿真  37-53
  3.1 三维实体模型的建立  37-43
    3.1.1 截割部的主要结构组成  37-38
    3.1.2 掘进机截割部各部分的建模~([22-24])及虚拟装配~([25-31])  38-43
  3.2 模态中性文件的制作~([32-33])  43-44
  3.3 模拟载荷的计算~([34-43])  44-48
  3.4 模型的导入及ADAMS 约束的添加  48-49
  3.5 模型的准确性验证—运动学仿真~([44-47])  49-53
4 掘进机截割部的模态参数识别与振动分析研究  53-71
  4.1 振动分析模型的建立及仿真  53-57
    4.1.1 振动激励的添加  53-55
    4.1.2 仿真参数设置及振动仿真  55-57
  4.2 模态参数识别  57-63
    4.2.1 截割部柔性体的各阶振型  57-62
    4.2.2 截割部柔性体的各阶频率  62-63
  4.3 截割部的振动特性分析  63-71
    4.3.1 正弦输入响应  64-68
    4.3.2 随机信号响应  68-70
    4.3.3 振动特性预测  70-71
5 基于MATLAB 的掘进机截割部结构参数和运动参数优化  71-79
  5.1 优化前截割部参数及载荷计算准则  71-72
    5.1.1 优化前截割部参数  71
    5.1.2 载荷计算准则  71-72
  5.2 优化思路及方案设计  72-76
    5.2.1 优化思路  72
    5.2.2 优化方案设计  72-76
  5.3 优化后载荷对振动性能的影响  76-79
    5.3.1 优化前后载荷比较  76-77
    5.3.2 优化后对回转台振动性能的影响  77-79
结论  79-81
参考文献  81-83
作者简历  83-85
学位论文数据集  85-86

基于虚拟样机技术的掘进机截割部振动特性研究

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