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《兰州理工大学》 2011年
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现场修复机床模块化设计与动态特性分析

杨建军  
【摘要】:电力、石油化工、冶金等行业配备了大量大型、超大型装备,用于承担生产过程中的关键任务。这类装备主体结构件的规格尺寸大,材料性能要求苛刻,机械加工难度大,制造、运输、安装困难,造价昂贵,其易损部位只能在运行现场进行定期修复。本文针对大型装备现场修复的技术特点,研究了现场修复机床设计的总体布局拟定,满足便携性、快速分解与精确组装要求的模块化设计方法,及影响机床整机动态性能的主要因素等内容。 本文研究内容围绕以下技术难点: (1)大型装备的制造材料通常加工困难,修复切削力引起的激振响应,严重地影响修复质量。现场修复机床作业空间狭小、人机总重量受限等工作条件,决定了无法通过增大结构及尺寸参数来满足现场修复机床对刚度特别是动态刚度的要求。在机床总重量限定条件下,提高大切削激励作用机床的动态特性,是大型装备修复的技术难点。 (2)大型装备修复部位结构复杂多样性,要求机床模块化。不同功能模块进行组合,可简便快速地实现不同类型表面的修复。因为运送通道的限制,现场修复机床必须分解成功能模块,才能运进修复现场,完成修复任务。故基于功能需求的模块化设计是大型装备修复的技术难点。 (3)为满足模块化的需要,需为各模块设置必要的标准接口以实现机床的快速分解与组装。接口的设置增加了结合面数量,较之常规机床增加了载荷传递层次,削弱了机床刚度。结合面动态特性对修复机床整机动态特性的影响远远大于对常规机床的影响,成为大型装备修复的又一技术难点。 本文提出一种广义模块化派生设计方法,以确定机床的结构模块;应用机械系统动力学与有限元技术,分析修复机床的关键部件动力学特性,并对结构进行了改进设计。通过结合面动态特性分析,对结合面参数识别方法进行探讨。 本论文的主要研究内容如下: (1)分析了大型装备修复部位的结构特征和修复机床苛刻运行环境特点,分析大型装备修复的技术难点。 (2)针对大型装备修复技术困难,应用模块设计思想,提出了“基于功能需求模块化设计”的模块派生方法,设置了标准模块接口,按此方法拟定了修复的总体方案,并成功试制应用。补充完善了模块化设计方法体系,解决了大型装备在狭小通道和空间中运送、工作以及修复结构和修复功能多样性需要的技术难题。 (3)针对现场修复机床无基础、结构尺寸和机床总重量受限等约束条件,分析了机床主要功能模块动态特性,提出了改进方案,分析了改进后机床的纵梁、横梁及立柱等关键部件的动力学特性,为有效改善机床性能提供了理论依据。 (4)针对模块化不可避免增加的结合面对机床动态特性的影响,分析了机床结合面动态特性、探讨了结合面参数识别方法。 本文对提高机床性能,促进现场修复设备研发水平,具有理论和现实意义。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG502.7

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