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路面铣刨机刀具的力学分析和优化设计

戴玲  
【摘要】:路面铣刨机是一种专用的、高效的路面维修养护设备,主要用于公路、机场、货场及停车场等沥青混凝土面的维修及翻新。随着我国高速公路的建设和发展,路面养护作业成为公路相关行业关注和研究的重要课题,这为铣刨机在国内的发展提供了广阔的发展前景。目前,国内铣刨机性能己完全满足养护作业需求,但与国外产品相比仍存在很大差距,一方面表现为发动机、液压元器件等配件的自主生产较少,另一方面表现为对刀具的开发研究较少,基本上都是借用引进国外刀具,整体上的趋势是刀具的理论知识经验的欠缺,对刀具采用高端的仿真软件进行优化的技术与平台、实验的欠缺。 本论文以2米铣刨机为研究对象,采用现代设计方法,运用有限元分析中的LS-DYNA与ANSYS结合软件对刀头侵彻路面进行模拟仿真分析,并对刀具参数进行了优化设计。主要研究内容有: 1)分析路面铣刨机的研究现状、发展趋势,介绍路面铣刨机类型、结构、工作特点、铣刨刀具组成等; 2)对铣刨刀具设计与刀具布置进行分析。论述了影响刀具设计的主要参数,对刀具排列方式及安装方式进行了详细说明; 3)在现有的理论基础上,进一步对铣刨刀具进行了运动分析和受力分析; 4)应用非线性有限元对刀具受力分析,利用LS-DYNA与ANSYS结合软件对单个刀具侵彻路面进行模拟仿真,并得出刀具-路面材料在铣削过程中的应力和变形分布图,结果可作为刀具选择和发动机选择的参考依据; 5)根据铣刨运动过程分析,建立了刀具运动方程、刀具铣削防干涉关系函数等,对铣刨机功率、工作速度和铣刨深度等参数进行了分析求解,并利用MATLAB进行仿真,分别得出工作速度与铣刨深度的特征关系,同时建立刀具铣刨的优化数学模型,对刀具参数和铣削参数进行优化分析设计。 现代设计方法中的有限元方法及优化设计在铣刨刀具的研究方面有较成熟的引用,但是并不尽完善,本文首次采用非线性有限元方法,对铣刨刀具铣削进行研究,为今后铣刨刀具开发研制提供了指导意义。


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