基于虚拟样机技术的斗轮堆取料机结构动力学研究

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斗轮堆取料机是连续式散货堆取料工艺的核心,拥有较高的生产效率。在取料过程中,悬臂梁在斗轮周期性挖掘阻力作用下的动态响应严重影响着整机结构的性能和寿命。当斗轮堆取料机受到一定频率的外载时,可能使整机结构发生共振,从而导致斗轮堆取料机结构的失效或更为严重的倒塌事故。因此,对斗轮堆取料机结构进行动力学特性的研究分析有着重要的作用和意义。对于斗轮堆取料机结构的设计,传统的设计方法是首先对结构进行基于静力学的设计,然后对物理样机进行试验,而有些试验是破坏性的。在试验中发现了设计缺点并进行完修改之后,再重新设计或者维修好物理样机再试验。如此反复的设计过程制造出了高成本、长周期的产品。本文的研究对象为粤电集团珠海发电厂的DQL3000/3000·50型斗轮堆取料机,是由日本三菱重工制造并于1998年投产的大型煤炭装卸机械。该机结构系统较为复杂,本文运用刚柔耦合的建模方法对斗轮堆取料机整机进行动力学仿真计算,获得了斗轮堆取料机在各种工况运行过程中关键参数的变化情况。本文针对斗轮堆取料机动力学计算所关心的问题作了以下几个方面的工作:(1)斗轮堆取料机结构刚柔耦合建模技术的研究。利用Solidworks、 ANSYS、ADAMS等机械设计辅助软件建立斗轮堆取料机结构的刚柔耦合多体动力学模型。根据斗轮堆取料机的实际工作情况,对斗轮堆取料机模型进行合理的约束,并施加相应的挖掘阻力和各工作机构的驱动函数。(2)对斗轮堆取料机进行典型作业工况下的动力学仿真计算。通过对斗轮堆取料机整机不同工况下的动力学仿真计算结果的分析,首先研究了悬臂梁在自重作用下的振动特性和水平激振特性;然后分别研究了斗轮堆取料机在回转、调车以及变幅三个工况下的动力学响应特性,获得了柔性体结构上关键节点的应力值以及斗轮机结构上特征点的位移振动曲线。通过对获取的参数进行了合理的分析,验证了基于虚拟样机技术的斗轮堆取料机动力学设计的优越性。本文将虚拟样机技术应用于斗轮堆取机这一庞大而又复杂的结构动态特性分析,是一项复杂而又艰巨的任务,也是一次有意义的尝试。本文的动力学计算结果和方法也为之后对斗轮堆取料机结构的设计提供有价值的参考。
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