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集成化喷补式沥青路面养护机械关键技术的研究

鲍仲辅  
【摘要】: 自从建国以来我国的公路建设一直在高速发展。但是由于高负荷的交通运输压力以及道路自然老化等各方面的因素,很多公路己经进入了病害多发期。如何实现高质高效的路面修补和养护就成为一个亟待解决的问题。正是在这样的一个背景下,我们课题组受国内养路机械龙头企业广东辛美来亚科技实业有限公司的委托,研发一款新型的沥青路面养护机械。本文主要的研究内容就是这台机械的关键技术问题。 通过对以往各种路面修补工艺特点的综合分析比较,本文将采用喷补工艺作为新型路面修补机械的主要作业方式。针对这样的新型机械的研发,本文先提出了集成化的系统布局和各个模块的设计方案,然后再针对其核心的技术难点展开研究工作。其中主要的核心问题有以下三个。 第一是问题是对气固喷射器流场的数值仿真与结构优化。在喷补法中需要用到气力输送的工艺,如何保证骨料颗粒能够均匀流畅的输送和喷洒是决定修补质量的关键因素。这是一个气固两相流的流动问题。本文基于计算流体力学数值模拟的方法将其考虑为欧拉多相流模型,通过对不同结构气固喷射器设计方案进行瞬态和稳态颗粒体积分数分布及速度场的分析比较,从而选出最佳的方案。 第二是问题是对换热器的仿真分析与结构优化。本机械中的沥青保温模块需要用到管壳式换热器,以回收发动机冷却水的热量提供给沥青保温。这是一个流动与热传递的耦合场问题。本文以计算流体力学数值仿真为基本工具重点考虑了折流板对换热器性能的影响,通过对换热器内流场、热场、压力场做综合的仿真分析和比较,最后实现了换热器结构的优化。 第三个问题是骨料仓的优化设计与结构分析。骨料仓是一个大型钢板焊接件,承载情况较为复杂,传统的材料力学校核方法难以适用。本文先通过优化设计的方法计算出骨料仓的最优结构几何参数,再基于有限单元法实现对骨料仓的静力结构分析,并针对于局部应力集中和刚度不足等问题提出改进方案,并再次通过有限元法对改进方案进行分析确保安全可靠。 本文最后将基于三维设计软件给出本台机械整体的虚拟样机,并简要的介绍真实样机的生产制造情况。通过本文的研究工作,能切实有效的通过有限单元法、计算流体力学数值模拟法、最优化设计法等现代机电产品设计方法去解决新型路面养护机械的核心技术难题,不仅提高了产品的技术含量,也大大的缩短的研发周期和成本。


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