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铁路养护用液压振动器的虚拟样机设计与分析

作 者: 唐远强
导 师: 舒大文
学 校: 昆明理工大学
专 业: 机械设计及理论
关键词: 液压振动器 虚拟样机 钢轨挠度 参数化设计 ADAMS
分类号: U216.67
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 56次
引 用: 1次
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内容摘要


近二十年来,由于振动装置和冲击机械的蓬勃发展,应用液压能来实现振动和冲击,已逐渐形成了一个新的技术领域。随着国内外铁路养护作业要求的提高和养护机械的发展,研发铁路养护用液压振动机械已成为一个新的研究课题。本论文根据某集团公司拟用液压振动器代替铁路养护机械用惯性振动器的需要和现有的液压振动器产品难以满足其使用要求的现状,应用CAD技术和虚拟样机技术对一种铁路养护机械所需的高频率、大冲击功、以活塞振动激发缸体振动从而带动轨枕振动以压实铁路道碴的新型强制配流式液压振动器进行了设计与研究。应用虚拟样机技术对机械系统的数字化模型进行运动学和动力学仿真,可以在产品设计阶段发现设计中存在的潜在问题,并快速进行修改,减少了机械设计中对于物理样机的依赖性。这样既节省了成本,缩短了产品开发周期,又提高了产品性能,增强了产品的竞争力。虚拟样机技术将成为现代机械设计、分析与试验的重要技术。本文在运用传统机械设计方法和材料力学以及碰撞理论的基础上,设计出了一种新型液压振动器。应用虚拟样机技术对液压振动器的运动学和动力学性能作了较深入的研究。用三维设计软件SOLID EDGE和有限元分析软件ANSYS建立了钢轨的中性MNF文件,并通过ADAMS接口模块将MNF文件导入ADAMS建立了机械系统的刚-柔混合模型。以钢轨变形挠度、活塞冲击速度和液压机构的冲击速度为研究对象,对液压机械系统做了刚-柔混合模型的动力学仿真,进一步了解了系统的结构形式、活塞质量和油压这些因素对系统动力学行为的影响。最后使用参数化设计得出活塞质量和钢轨变形挠度的关系,确定了液压振动器的机械结构。本文通过应用虚拟样机技术对所设计的液压振动器的三维实体模型进行运动学和动力学仿真,验证了设计结果的正确性和合理性。取得了一定的研究成果。这对铁路养护用液压振动机械的设计、分析和试验具有一定的指导作用和工程应用价值。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 液压技术的发展概况  9
  1.2 虚拟样机技术概况  9-12
    1.2.1 虚拟样机技术概念  10
    1.2.2 对几种定义的论述  10-11
    1.2.3 虚拟样机技术的特点  11
    1.2.4 虚拟技术核心  11-12
  1.3 课题来源以及液压振动器的工作原理  12-15
    1.3.1 课题来源  12-13
    1.3.2 液压振动器的工作原理  13-14
    1.3.3 液压振动器的主要性能参数分析  14-15
  1.4 课题研究内容及思路  15-16
  1.5 预期目标结果  16-19
第二章 液压振动器的设计  19-39
  2.1 液压振动器简述和配流装置的选择  19-21
  2.2 液压缸的设计  21-30
    2.2.1 轨道的挠度和作用在轨道上力的计算  21-23
    2.2.2 活塞的质量  23-28
    2.2.3 缸体结构尺寸的计算  28-30
  2.3 阀的设计  30-33
  2.4 蓄能器的选择  33-34
  2.5 液压泵的选择  34-35
  2.6 零件造型及装配  35-37
  2.7 小结  37-39
第三章 ADAMS基础理论  39-47
  3.1 系统的多体动力学模型  40
    3.1.1 物体  40
    3.1.2 铰  40
    3.1.3 外力  40
    3.1.4 力元  40
  3.2 多刚体系统动力学理论基础  40-43
    3.2.1 基本概念  40-41
    3.2.2 多刚体动力学方程  41-43
    3.2.3 多刚体算法  43
  3.3 运动学分析  43
  3.4 MSC.ADAMS/FLEX计算原理和背景  43-44
  3.5 ADAMS中的接触力  44-46
    3.5.1 接触力的定义  44
    3.5.2 ADAMS中的接触力  44-46
  3.6 小结  46-47
第四章 液压振动器的虚拟样机建立与仿真分析  47-77
  4.1 虚拟样机的分析步骤  47-49
  4.2 模型数据的引入  49
  4.3 虚拟样机的建立和检验  49-54
    4.3.1 模型的建立  49-52
    4.3.2 赫兹接触理论与力和约束的添加  52-54
  4.4 活塞对液压缸体的冲击仿真  54-57
  4.5 液压冲击器整体系统的刚-柔混合模型仿真  57-69
    4.5.1 ADAMS柔性体生成方法及其与ANASYS接口  57-58
    4.5.2 钢轨的模态中性文件MNF生成  58-62
    4.5.3 液压振动器的刚-柔性混合虚拟样机建立  62-67
    4.5.4 仿真计算与仿真结果分析  67-69
  4.6 液压振动器的参数化设计与研究设计  69-75
  4.7 小结  75-77
第五章 结论与展望  77-79
  5.1 主要工作及结论  77-78
    5.1.1 主要工作和结论  77-78
    5.1.2 创新点  78
  5.2 存在的问题及展望  78-79
致谢  79-81
参考文献  81-85
附录A 攻读硕士期间发表的论文  85

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 铁路线路工程 > 铁路养护与维修 > 铁路养护、维修机具和机械化 > 线路综合养护维修机械(多功能养路机械)
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