森林生态型单轨运输设备安全稳定研究

论文摘要

森林是陆地最大的生态系统,如何在发展林业产业体系建设的同时更好地保护森林生态环境,是我们森林工程研究者需要不断解决的课题,而森林内的交通运输问题正是这类研究课题的重要内容之一。目前,国内在森林内使用的交通工具对森林生态环境都会造成不同程度地破坏,而且它们地使用需要架设、开道或者铺设轨道,难度大费用高。而本文所研究的森林生态型单轨运输设备具备“森林生态型”特性,且安装简便费用较低。本文首先综述了单轨车国内外发展状况,对单轨车技术及其桩基承载力研究方法进行了比较全面的总结。本文以“韩国大铉株式会社MCK机械有限公司”制造生产的M-600HS（8Ps）型森林多功能单轨运输设备为例,引进该设备的主要机构及部件,并在此基础上,对运行机构进行深入分析,进行总体方案设计和强度校核计算,研究了轨道啮合机构、轨道支撑机构以及单轨车制动机构。针对森林生态型单轨车载荷相对较高,常处于爬坡、下坡及转弯等路段的运行特点,深入研究了单轨车支撑机构、制动机构安全性和稳定性。通过分析空载和负载时,单轨车在水平、坡度和转弯三种路况上运行时的受力状态,研究单轨车支撑杆件的强度以及整体支撑机构的稳定性。利用我们新安装可运行的单轨车实体进行了制动安全性实验,分析了空载和负载时在爬坡、下坡及转弯三种不同运行状态下各种制动形式的安全性问题。采用传递矩阵方法建立了单轨车基桩竖向承载力计算方程。本文采用的止沉盘钢管的桩体结构具有承载力高,安装方便,基桩成本低等优点。分析了基桩竖向承载力与桩体结构的关系,研究表明:承载力在基桩深度大于60cm后对桩体打入土层深度、土层结构变化有良好的适应性,桩长和土层结构的变化对基桩承载力的影响不大,而基桩承载力对止沉盘和桩径尺寸变化敏感。在竖向载荷作用下,基桩水平极限承载力对桩长比较敏感,对桩径变化不敏感,止沉盘对水平作用的影响可以忽略。在桩长大于为80cm后,在小于100kN水平载荷作用下,基桩地表处水平位移小于3mm。基桩长度为80cm时,竖向载荷对基桩在水平载荷作用下地表面位移的影响基本上可以忽略;而在基桩长度为60cm时,竖向载荷对基桩在水平载荷作用下地表处位移的影响明显,竖向载荷有明显增大水平位移的趋势。最后,在黑龙江省穆棱县境内的共和镇穆棱林业局六峰山森林防火山庄处,安装了长400m的、相对高差145m左右、最大坡度为45度单轨车运行轨道,获得了可运行的单轨车实体,这是国内首次安装调试成功的森林生态型单轨运输车。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题学术背景及实际意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 研究实际意义
• 1.2 单轨运输设备概述
• 1.2.1 单轨运输设备的由来
• 1.2.2 单轨运输设备的功能及特点
• 1.3 单轨车桩基承载力概述
• 1.3.1 桩基竖向载荷研究现状
• 1.3.2 水平荷载下基桩的研究现状
• 1.4 单轨车国内外研究概况
• 1.4.1 单轨车国内研究概况
• 1.4.2 单轨车国外研究概况
• 1.5 课题来源及研究主要内容
• 2 森林生态型单轨车结构分析及设计
• 2.1 引言
• 2.2 森林生态型单轨车结构分析
• 2.2.1 牵引车
• 2.2.2 台车
• 2.2.3 轨道
• 2.2.4 支撑机构
• 2.2.5 轨道与车辆的制动器
• 2.2.6 其它零件
• 2.3 轨道啮合机构设计
• 2.3.1 轨道宽度设计
• 2.3.2 单轨车和轨道间的啮合机构设计
• 2.3.3 单轨车行走部的设计
• 2.4 轨道支撑机构设计
• 2.4.1 支撑立杆与斜杆的安装机构设计
• 2.4.2 支撑立杆与斜杆的长度、直径和支撑跨度设计
• 2.4.3 轨道连接设计
• 2.4.4 支撑机构的振动性能分析
• 2.5 本章小结
• 3 森林生态型单轨车稳定性研究
• 3.1 引言
• 3.2 空载工作条件下轨道支撑机构的稳定性研究
• 3.2.1 空载情况下平道支撑立杆、斜杆的稳定性分析
• 3.2.2 空载情况下弯道支撑立杆、斜杆的稳定性分析
• 3.2.3 空载有坡度情况下支撑机构的稳定性分析
• 3.3 负载情况下轨道支撑机构的稳定性研究
• 3.3.1 负载情况下平道支撑机构的稳定性分析
• 3.3.2 负载弯道情况下支撑机构的稳定性分析
• 3.3.3 负载有坡度情况下支撑机构的稳定性分析
• 3.3.4 负载情况下单轨车轨道支撑机构稳定性的有限元分析
• 3.4 空车系统运行中的安全稳定性分析
• 3.4.1 运行状态的系统受力分析
• 3.4.2 运行状态的系统重心计算和安全稳定性分析
• 3.5 负载系统运行中的安全稳定性研究
• 3.5.1 运行状态的系统受力分析
• 3.5.2 运行状态的系统重心计算和安全稳定性研究
• 3.6 本章小结
• 4 森林生态型单轨车的制动安全性研究
• 4.1 引言
• 4.2 制动时单轨车的受力分析
• 4.2.1 空载制动时的系统受力分析
• 4.2.2 负载制动时的系统受力分析
• 4.3 制动的响应速度和安全性分析
• 4.3.1 空载制动时响应速度和安全性分析
• 4.3.2 负载制动时响应速度和安全性分析
• 4.4 故障状态下的制动安全性研究
• 4.4.1 单轨车运行中常见故障形式分析
• 4.4.2 故障出现后单轨车运行中制动的安全性分析
• 4.4.3 运行过程中发现故障后的制动安全性和对策研究
• 4.5 本章小结
• 5 森林生态型单轨车轨道单桩竖向承载力研究
• 5.1 引言
• 5.2 桩基土层勘探
• 5.2.1 地层岩性特征
• 5.3 模型的建立及参数的确定
• 5.4 单桩竖向载荷承载力计算
• 5.4.1 桩体摩阻力与竖向位移的关系
• 5.4.2 桩端及止沉盘载荷与竖向位移的关系
• 5.4.3 单桩承载力计算
• 5.5 单桩竖向承载力分析
• 5.6 沉桩阻力与单桩承载力相互关系
• 5.7 挤土效应对基桩承载力的影响
• 5.7.1 园孔扩张理论简介
• 5.7.2 挤土效应对单轨车桩体的影响
• 5.8 本章小结
• 6 森林生态型单轨车轨道桩体水平承载力研究
• 6.1 引言
• 6.2 桩基水平作用力分析
• 6.2.1 桩的相对刚度
• 6.2.2 采用极限地基反力法计算水平载荷
• 6.2.3 采用弹性地基反力法计算水平载荷
• 6.3 竖向及水平荷载下基桩的受力分析
• 6.3.1 基桩的受力特性
• 6.3.2 基桩挠曲微分方程的建立
• 6.4 本章小结
• 7 森林生态型单轨车基桩有限元分析
• 7.1 引言
• 7.2 土体材料特性及有限元参数确定
• 7.2.1 土体材料特性
• 7.2.2 土体本构模型
• 7.2.3 土体的初始应力
• 7.3 桩与土相互作用接触面的数值模拟
• 7.3.1 ANSYS接触面数值分析
• 7.4 计算模型与材料参数
• 7.5 ANSYS计算分析
• 7.6 季节性冻涨对基桩的影响
• 7.6.1 场地类型评价
• 7.6.2 季节冻土冻胀性评价
• 7.7 本章小结
• 8 森林生态型单轨车安装及测试
• 8.1 单轨车安装前准备事项
• 8.1.1 安装现场确认及规划
• 8.1.2 材料及工具的准备
• 8.2 单轨车的安装
• 8.2.1 轨道与牵引车方向的确定
• 8.2.2 轨道的安装
• 8.2.3 支撑机构的安装
• 8.2.4 链接挂钩的安装
• 8.2.5 岔道装置安装
• 8.2.6 自动停车区间的安装
• 8.2.7 防脱离装置的安装
• 8.2.8 单轨车在特殊情况下的安装技术
• 8.3 单轨车运行测试
• 8.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间参加的科研工作和发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历