冲击压实机结构尺寸优化及减振特性研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文
摘要
冲击压实机是近年来出现的一种新型压实机械,随着我国经济建设的飞速发展,
国内市场的需求市场十分巨大。因此,在吸收、消化国际先进技术和理论研究的同时,
研发适应我国国情的高新技术产品就显得尤为重要。
伴随着压实技术、压实机械的发展,冲击压实机的运动学、动力学建模分析,减
振特性研究以及冲击轮轮廓廓形的优化等问题一直为人们所关心。本文以冲击压实机
冲击轮为研究对象,分别对以上各问题进行了一定程度的探讨。
本文首先对传统压实方法进行分析,提出了冲击压实的作用机理。在此基础上,
对冲击压实机整机结构及设计理论进行研究,找出了冲击压实机的主要设计参数。并
对主要的结构、动力学设计参数及相互之间存在的关系进行了分析建立了冲击压实
机在起步和平稳工作状态下的运动及动力学模型,并采用数值分析方法对压实机工作
装置的各项运动及动力学参数进行了计算分析。其结果进一步揭示了该类机型的工作
机理。此外,论文还对冲击压实机的各级减振系统进行了设计分析,建立了整机水平
及垂直方向的系统动力学模型,为整机的减振设计奠定了理论基础。为了解决整机参
数的设计优化,论文还运用多目标优化技术,求得了以垂直加速度最大和水平加速度
最小为目标的最优结构设计参数,使冲击压实机的工作性能有了较大改善。
本文的数值仿真全部计算程序采用一语言编制,仿真结果有图形和数据两种。
通过相关研究,本文构造了一个冲击式压实机的设计理论框架,并以某厂生产的实际
机型为对象,对上述设计理论及方法进行了实例计算。结合现有实测数据对计算结果
进行了分析,验证了所建理论模型的正确性。
关键词冲击压实机运动学分析减振研究多目标优化
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绪言
课题的提出与来源
本课题来源于郑州工程机械制造厂的科研攻关项目。
我国正处于改革开放的重要时期,经济要发展,交通运输需先行,国民经济
的增长在很大程度上取决于道路网的发展速度及与其相关的筑路机械设备的设计
生产技术的提高。近一段时期,国内冲击压实机的需求市场十分巨大,因此,在
吸收、消化国际先进技术的同时,研发适应我国国情的高技术产品就显得尤为重
要。
冲击压实机是一种将冲击和揉搓作用相结合的压实装备,与振动、振荡压路机相
比,具有明显的高压实度、大影响深度、高工作效率等优点明。但是由于冲击压实机
本身很重,在使用过程中会存在很多问题,并且,目前国内关于这方面的技术还不够
成熟。现在虽然国内有几家工程机械厂正在研制该机型,但由于没有相应的设计理
论作指导,在产品的试制过程中经常出现如副车上架主轴断裂、主车行驶的平顺性差
及连接主副车的减振弹簧失效等问题。使该机型虽具备巨大的潜在市场,但由于基础
理论欠缺和存在的技术问题,因而该机型在国内还不能进行大批量生产。
目前,尽管对有关冲击压实机在不同状态下系统的运行规律的研究工作己经有了
很多,其研究的内容也各不相同。但是,针对冲击压实机冲击轮的振动及优化的研
究工作则较少。由于冲击轮在垂直方向及水平方向的加速度对机架产生冲击作用,并
通过机架传至牵引主机造成主机的水平振动,这不但影响到主机的动力输出及传动系
统的寿命,而且严重影响牵引主机的驾驶舒适性,为此冲击式压实机在水平及垂直方
向