隧道卧底机工作装置虚拟设计研究

论文摘要

根据高速公路路面铣刨机的工作原理及隧道装载机的成熟技术,提出了开发隧道卧底机的设想,其中隧道卧底机的工作装置——铣刨鼓是关键部件。铣刨鼓主要由刀具、铣刨转子等组成。铣刨刀具和铣刨转子作为铣刨鼓的主要构件,直接影响着铣刨鼓的工作效率。本文通过对铣刨刀具的力学分析、材料选择,设计出经济合理的铣刨刀具;建立了刀具的力学模型,并对其进行有限元分析;同时对刀具和转子进行模态分析。通过对铣刨刀具和转子的设计分析,研制出与隧道卧底机整机相匹配的工作装置。由于隧道空间尺寸不一,同时本文还实现了铣刨鼓的参数化设计,以适应不同的工作环境。隧道卧底机整机的研发可以解决长期困挠隧道人工卧底的问题,人工卧底劳动强度大、效率低,严重影响正常生产和生活,隧道卧底机的成功研发无疑可以极大的降低劳动强度、提高工作效率,从而对提高隧道和矿井现代化生产水平和作业的安全性具有重要的意义。工作装置作为隧道卧底设备的关键部分,其设计的优劣直接影响着隧道卧底机整机的研发。本文采用三维设计软件Pro/Engineer对工作装置进行三维参数建模,运用分析软件ANSYS对铣刨刀具静力分析,为刀具的结构优化设计和材料的选择提供了依据;通过对刀具和转子的模态分析,得到刀具和铣刨转子的固有频率和振型,为转子转速的选择提供依据,同时也为了下一步对铣刨转子进行动力学分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 虚拟设计的意义及应用
• 1.1.1 虚拟设计的内涵
• 1.1.2 虚拟设计的技术基础
• 1.2 隧道卧底机工作装置虚拟设计研究及现状
• 1.2.1 隧道卧底机工作装置研究的目的及意义
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 卧底机工作装置工作过程的力学模型
• 2.1 刀具的结构选型及合理使用
• 2.1.1 刀具结构及材料性能
• 2.1.2 刀具的失效形式
• 2.1.3 刀具的合理选型与使用
• 2.2 刀具的布置及安装
• 2.2.1 刀具的合理布置方法
• 2.2.2 刀具的几何参数
• 2.2.3 刀具的合理布置
• 2.3 隧道卧底机工作装置工作过程的力学模型
• 2.3.1 卧底机工作装置的工作过程特点及整机受力模型
• 2.3.2 切削力的分析研究
• 2.3.3 刀具铣削的基本参数
• 2.3.4 切削平衡力分析
• T'>2.3.5 切削速度V_T
• 2.4 数学模型的建立
• 2.5 本章小结
• 第三章 工作装置三维建模
• 3.1 Pro/Engineer软件简介
• 3.2 参数化设计概述
• 3.3 Pro/E参数化特征
• 3.4 工作装置各部件的三维实体建模及其装配
• 3.4.1 三维实体特征建立
• 3.4.2 工作装置的虚拟装配
• 3.5 本章小节
• 第四章 刀具的有限元分析
• 4.1 有限元基本原理
• 4.2 有限元分析软件ANSYS
• 4.3 有限元分析三维模型建立方法的选择
• 4.4 Pro/E与ANSYS之间的转换
• 4.4.1 在利用Pro/E与ANSYS时应注意的问题
• 4.5 有限元网格划分
• 4.5.1 有限元网格生成技术
• 4.5.2 单元属性定义
• 4.5.3 网格划分方法
• 4.6 刀具有限元静念分析
• 4.6.1 刀具网格划分
• 4.6.2 模拟加载求解
• 4.6.3 静态分析结果
• 4.7 本章小结
• 第五章 铣刨转子和刀具的模态分析
• 5.1 模态分析理论
• 5.1.1 模态分析的定义及应用
• 5.1.2 模态分析原理
• 5.1.3 模态分析的有限元法
• 5.1.4 模态分析的步骤
• 5.1.5 模态分析中的图例说明
• 5.2 刀具模态分析
• 5.2.1 建立模型
• 5.2.2 进行模态设置、定义边界条件并求解
• 5.2.3 模态计算结果分析
• 5.3 铣刨转子模态分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读学位期间科研成果和发表的论文