路面振动铣刨过程动力学分析及离散元应用研究

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随着我国城镇化建设的发展,城镇道路养护维修量随着道路使用量逐年上升,铣刨机作为沥青混凝土路面重要养护机械的需求量在不断增加,对铣刨机的使用性能的要求也相应提升。基于沥青混凝土路面结构的复杂性和非均质性,仿真模拟可以更直观地表达铣刨作业过程中铣刨转子受力情况。为了能够更好的描述复合材料的宏观力学性能,采用EDEM离散元软件,对沥青混凝土路面进行三维离散元建模,利用模拟仿真量化作业过程中转子所受铣刨力,定量分析工艺参数对铣刨效果以及铣刨效率的影响,优化沥青混凝土路面振动铣刨施工工艺过程,对振动铣刨技术在路面施工中的推广应用具有重要的工程价值。主要研究内容包括:(1)综合考虑铣刨转子上刀具的刀尖运动轨迹,即为铣刨转子的转动和铣刨机向前进给运动组合成为的螺旋线,进行了铣刨转子运动学分析;从单把铣刨刀具受力分析入手,结合铣刨转子的实际结构,将单把刀具动力学模型经过向量转换和叠加,构建了铣刨转子整体动力学模型,并增加激振力,最终完成了振动铣刨复合加工动力学模型的构建。(2)基于沥青混凝土非均质粘-弹-塑性特性,分析了沥青混凝土路面破坏形式,通过试验以及模拟标定模型的恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数、抗压强度以及抗拉强度,利用EDEM软件,构建了符合实际路面工况的沥青混凝土路面离散元模型,将铣刨转子结构三维模型导入离散元软件中,构建了铣刨加工工艺过程模型,为振动铣刨作业过程的后续仿真模拟提供了基础参数与模型。(3)运用振动铣刨复合加工理论与仿真模拟技术,利用单因素法,对比振动参数下转子所受摩擦阻力,研究表明施加低频小振幅振动,可以降低转子所受摩擦阻力,减小铣刨转子磨损,提高铣刨转子使用寿命,同时对比不同刀具安装角度、铣刨深度、转子转速、铣刨机进给速度对振动铣刨过程中铣刨转子受力情况的影响规律;结果表明:得到铣刨深度对转子受力影响最大,刀具安装角度对转子受力影响最小,对沥青混凝土破坏程度影响最大的是铣刨机进给速度。(4)进行了路面不平度试验,对比施加振动前后路面铣刨效果,发现施加振动可以降低路面不平度,提高路面质量。并证明了沥青混凝土路面不平度都随着铣刨机进给速度的增加而增加,随着转子转速的增加沥青混凝土路面不平度也在减小,同时进行振动铣刨功率试验与仿真模拟结果,验证了施加振动对铣刨效率提高的影响。
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