【摘 要】
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针对地砖铺贴过程中人工铺贴成本高、效率低、质量差等问题,设计一款铺砖用平沙机,本文以铺砖用平沙机为研究对象,基于离散元法的基本理论,采用EDEM仿真、ABAQUS仿真及试验研究等方法,对铺砖用平沙机关键结构及作业精度进行研究,主要研究内容如下:（1）对沙子物理力学特性进行研究,通过实验确定沙粒尺寸、沙粒密度、沙子含水率、沙堆静止角等参数;基于沙堆动力学特性,设计平沙机悬臂梁及举升机构,并完成结构计
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针对地砖铺贴过程中人工铺贴成本高、效率低、质量差等问题,设计一款铺砖用平沙机,本文以铺砖用平沙机为研究对象,基于离散元法的基本理论,采用EDEM仿真、ABAQUS仿真及试验研究等方法,对铺砖用平沙机关键结构及作业精度进行研究,主要研究内容如下:（1）对沙子物理力学特性进行研究,通过实验确定沙粒尺寸、沙粒密度、沙子含水率、沙堆静止角等参数;基于沙堆动力学特性,设计平沙机悬臂梁及举升机构,并完成结构计算,制定找平控制策略;建立空间全局坐标系和局部坐标系对离散单元进行标定并对颗粒间接触进行力学分析,根据平沙机作业环境选取选用JKR接触模型。同时,基于EDEM对平沙机直刮过程进行仿真分析,得到不同因素下刮板受到切向阻力和法向阻力变化,并将数据进行六次多项式拟合,得到对应的拟合函数;通过正交试验分析不同因素对两向力的影响并得到最优的刮沙厚度、速度分别为h=10.0mm,v=250.0mm/s,刮沙角为垂直沙面方向。通过对比试验结果发现:刮沙角度对精度影响显著,刮沙厚度其次。（2）基于最优工作参数的研究结论,对沙堆内部应力与密度分布进行研究,并开展沙堆平整仿真实验,沙堆平整仿真实验表明:随着沙堆深度的增加,沙粒受到的压应力随之增大,且水平分布均匀。堆刮沙粒速度变化演示结果表明:刮板在行进中程时,上表面的沙粒速度快,最先开始运动,中层沙粒速度低。当刮板行进到沙堆最前方时,由于原有的沙堆内部应力被破坏,低速沙粒较少;根据最优参数的刮沙拟合函数对平沙机悬臂梁结构进行拓扑优化,对比优化前后悬臂梁最前端位移变化量,结果表明:优化后的悬臂梁最大位移量由原来的4.21mm减小到了 1.45mm,最大应力由原来的20.04MPa减小到了 6.82MPa,体积从原来的9.23e-3 m3减小到了5.41e-3m3,在悬臂梁质量减少41.4%的情况下,悬臂梁的1阶固有频率增加2.48Hz,2阶固有频率增加2.60Hz,固有频率高于外界激励频率,满足固有频率要求,提高了悬臂梁抗干扰能力。（3）开展实地试验。悬臂梁最前端位移试验结果表明:最前端位移变化量为1.48mm,接近于仿真数值1.45mm,且小于工况要求的1.50mm,满足悬臂精度要求。平沙机精度试验结果表明:平沙系统作业前后最大高程差从作业前的40.10mm降低到5.70mm,标准偏差从作业前的7.41mm下降到1.37mm,绝对差值不大于2.00mm的平整度采样点由作业前的35.94%提高到86.45%。平沙系统作业效果明显,基本符合生产要求。
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