發(fā)布時(shí)間：2018-05-03 21:27

  本文選題：煤炭采樣車 + 五自由度��； 參考：《西安建筑科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：隨著社會發(fā)展,機(jī)械化采樣方式替代人工采樣方式實(shí)現(xiàn)了更加快速、高效的采樣。五自由度關(guān)節(jié)式煤炭采樣車在工作空間中具有很好的避障、適應(yīng)性強(qiáng)和多位姿等優(yōu)點(diǎn),在煤炭采樣領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。以往針對煤炭采樣車工作裝置進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí),由于將結(jié)構(gòu)件分開計(jì)算而產(chǎn)生了邊界條件和載荷不確定所引入的誤差,導(dǎo)致了計(jì)算結(jié)果不夠精確。由于工程機(jī)械普遍存在強(qiáng)度、剛度盈余、自重過大等缺點(diǎn),未能最大程度發(fā)揮材料性能,因此煤炭采樣車工作裝置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和機(jī)械臂截面尺寸直接影響整機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。據(jù)此,本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目,提出了一種五自由度關(guān)節(jié)式煤炭采樣工作裝置的設(shè)計(jì)方案,并對工作裝置進(jìn)行了機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)、工作空間仿真分析、集成有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),論文主要工作有:首先,簡明介紹了在現(xiàn)代煤炭交易中,煤炭采樣環(huán)節(jié)的效率直接影響整體煤質(zhì)檢測時(shí)間,因此迫切需要以自動(dòng)化設(shè)備替代人工煤炭采樣。在明確課題研究的背景下,簡單介紹了煤炭采樣車的整機(jī)組成、機(jī)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理等。同時(shí),根據(jù)工作要求提出了關(guān)節(jié)式煤炭采樣車工作裝置初步設(shè)計(jì)方案,借助于Matlab強(qiáng)大數(shù)學(xué)計(jì)算功能和優(yōu)化函數(shù)對工作裝置的機(jī)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化與求解。其次,用SolidWorks建立工作裝置三維模型,基于SolidWorks Motion運(yùn)動(dòng)仿真得到工作裝置的工作空間及運(yùn)動(dòng)特性。在建立工作裝置集成有限元模型時(shí),將復(fù)雜的實(shí)體接觸問題通過約束方程理論轉(zhuǎn)化為在ANSYS中建立剛性區(qū)來求解。將工作裝置三維模型導(dǎo)入ANSYS中,在對煤炭采樣車工作裝置三種典型工況分析的基礎(chǔ)上,采用節(jié)點(diǎn)耦合和生成MPC184單元的方法模擬了銷軸連接,采用Link8桿單元模擬了油缸連接,建立了工作裝置整體集成有限元模型,并進(jìn)行了強(qiáng)度、剛度和模態(tài)分析。最后,采用了一種針對CAD軟件模型導(dǎo)入ANSYS經(jīng)典界面中參數(shù)化處理的方法,依此建立了工作裝置的整體參數(shù)化模型。以工作裝置整體的總體積最小作為目標(biāo)函數(shù),選取大臂、中臂和小臂臂厚尺寸作為優(yōu)化參數(shù),相應(yīng)的定義了9個(gè)設(shè)計(jì)變量,提取優(yōu)化模型的靜力分析結(jié)果中最大應(yīng)力和最大位移作為狀態(tài)變量,對模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文主要以最優(yōu)化理論為基礎(chǔ),以集成有限元分析為方法,對提出的五自由度關(guān)節(jié)式煤炭采樣車工作裝置進(jìn)行了基于Matlab的機(jī)構(gòu)尺寸的優(yōu)化和基于ANSYS的結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化,最后實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械輕量化設(shè)計(jì)的目的,為同類產(chǎn)品的優(yōu)化與改進(jìn)提供參考價(jià)值,為解決實(shí)際工程問題提供了重要的理論依據(jù)。
[Abstract]:With the development of society, mechanized sampling instead of manual sampling realizes faster and more efficient sampling. The five-degree-of-freedom joint coal sampling vehicle has the advantages of good obstacle avoidance, strong adaptability and multi-pose in the workspace, so it has a good application prospect in the field of coal sampling. In the past, when analyzing the strength of the working device of the coal sampling vehicle, the error caused by the uncertainty of the boundary condition and the load caused by the separate calculation of the structure resulted in the inaccuracy of the calculation results. Because of the shortcomings of strength, stiffness surplus and overweight of construction machinery, it is unable to give full play to the material properties. Therefore, the reliability and economy of the whole machine are directly affected by the structural strength of the working device and the section size of the arm of the coal sampling vehicle. On the basis of this, this paper puts forward a design scheme of the coal sampling working device with five degrees of freedom based on the actual project, and carries on the mechanism dimension design and the workspace simulation analysis to the work device. Integration of finite element analysis and structural optimization design, the main work of this paper is as follows: firstly, the efficiency of coal sampling in modern coal trading has a direct impact on the overall coal quality detection time. Therefore, there is an urgent need to replace artificial coal sampling with automation equipment. In the background of the research, this paper introduces the whole machine, mechanism and working principle of the coal sampling vehicle. At the same time, according to the requirements of the work, the preliminary design scheme of the working device of the joint coal sampling vehicle is put forward, and the size of the working device is optimized and solved with the help of the powerful mathematical calculation function and the optimization function of Matlab. Secondly, the 3D model of the working device is built by SolidWorks, and the workspace and motion characteristics of the working device are obtained based on the motion simulation of SolidWorks Motion. In the process of establishing the integrated finite element model of the working device, the complex solid contact problem is transformed into a rigid zone in ANSYS by the theory of constraint equation. The three-dimensional model of the working device is introduced into ANSYS. Based on the analysis of three typical working conditions of the working device of the coal sampling vehicle, the pin shaft connection is simulated by the method of node coupling and MPC184 unit generation, and the oil cylinder connection is simulated by the Link8 bar element. The integral finite element model of the working device is established, and the strength, stiffness and modal analysis are carried out. Finally, a parameterization method is used to import the CAD software model into the classical interface of ANSYS, and the whole parameterized model of the working device is established. Taking the minimum of the total volume of the working device as the objective function and selecting the thick size of the arm, middle arm and forearm as the optimization parameters, nine design variables are defined accordingly. The maximum stress and the maximum displacement are extracted from the static analysis results of the optimization model as state variables, and the optimization design of the model is carried out. Based on the optimization theory and the method of integrated finite element analysis, the mechanism dimension optimization based on Matlab and the structure dimension optimization based on ANSYS are carried out in this paper. Finally, the aim of lightweight design of construction machinery is realized, which provides a reference value for the optimization and improvement of similar products, and provides an important theoretical basis for solving practical engineering problems.
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD67;TQ533

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本文編號：1840174