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摊铺机宽幅熨平板系统耦合特性分析与应用研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 选题背景及课题来源

1.1.1 摊铺机工作原理概述

1.1.2 选题背景及课题来源

1.2 摊铺机熨平板发展研究现状

1.2.1 熨平板系统概述

1.2.2 国外摊铺机熨平板发展及研究现状

1.2.3 国内摊铺机熨平板发展及研究现状

1.3 研究意义与目的

1.4 本文主要的研究内容

第二章 熨平板系统的两自由度动力学模型及分析

2.1 机械拼装熨平板系统工作原理

2.2 熨平板系统的两自由度动力学模型

2.3 熨平板两自由模型仿真分析

2.3.1 双振捣机构系统总成惯性力输入分析

2.3.2 振捣机构作用影响分析

2.3.3 振动器与振捣机构共同作用影响分析

2.4 本章小结

第三章 熨平板多场耦合作用下的变形与撑拉杆优化

3.1 有限元理论

3.2 有限元静力学模型

3.3 静态熨平板系统重力场与热变形耦合分析

3.3.1 传热及热边界条件

3.3.2 有限元热位移耦合的基本原理

3.3.3 顺序热变形耦合分析及撑拉杆位置影响

3.3.4 重力场热位移叠加变形

3.4 工作状态下摩擦阻尼和移动阻力综合分析

3.5 基于变密度法的撑拉杆静态拓扑优化

3.5.1 拓扑优化变密度法理论基础

3.5.2 撑拉杆优化过程

3.6 本章小结

第四章 熨平板系统模态分析及箱体模态优化

4.1 熨平板系统模态分析

4.1.1 模态分析理论基础

4.1.2 熨平板箱体模态分析与验证

4.1.3 熨平板整机数值模态分析

4.2 基于网格参数化的熨平板箱体模态优化

4.2.1 灵敏度简介及模态灵敏度理论分析

4.2.2 基于网格变形技术的模型参数化

4.2.3 熨平板箱体尺寸优化

4.4 本章小结

第五章 熨平板系统振动与压力试验研究

5.1 10.5m宽幅熨平板工作振动形态试验研究

5.1.1 工作振动形态理论基础

5.1.2 工作振动形态测试条件

5.1.3 工作振动形态测试结果及分析

5.2 10.5m宽幅熨平板振动试验研究

5.2.1 10.5m宽幅熨平板测试条件

5.2.2 10.5m宽幅熨平板测试结果及分析

5.3 12m宽幅熨平板横向振动试验研究

5.3.1 12m宽幅熨平板测试条件

5.3.2 12m宽幅熨平板测试结果及分析

5.4 12m宽幅熨平板静态压力分布试验研究

5.4.1 12m宽幅熨平板压力分布测试条件

5.4.2 12m宽幅熨平板压力分布测试结果及分析

5.5 振捣机构主锤击压力分布试验研究

5.5.1 振捣机构测试条件

5.5.2 振捣机构测试结果及分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

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摘要

目前高等级公路施工中,大型宽幅摊铺机仍然是进口产品占领着我国国内市场。国内摊铺机各制造厂商多以仿制国外机型为主,缺乏有效的理论研究支持和关键技术专利保护。熨平板振动压实系统是沥青混凝土摊铺机的关键机构,其能够对摊铺介质进行预压、整形和熨平,它的结构设计的合理性以及动力学参数选择,均关系到摊铺机能否可靠工作,并直接体现在摊铺路面的压实度和平整度上。本论文的研究内容源于江苏省科技支撑计划——大型高端摊铺机优化与可靠性设计关键技术研究与研发。本文对宽幅熨平板的动态与静态特性进行研究和探讨,并提出全新的试验手段。论文的主要研究内容如下:
  1、建立熨平板系统两自由刚体模型,分析振捣机构惯性力与振动器作用的频率关系,以及对熨平板底板位移的影响。
  2、建立有限元静力学模型,对熨平板工作状态下各种载荷(重力,热,物料等)作用下的变形及相互耦合作用引起的变形进行分析,同时研究撑拉杆位置对变形的影响,并基于变密度法对撑拉杆布置进行拓扑设计。
  3、运用模态试验验证基于螺栓结合面建模的熨平板动力学模型,对比整机自由模态和约束模态的区别,综合应用基于网格变形技术的形状优化和尺寸优化对刚度薄弱件1.5m加长段箱体基本结构进行1阶扭转模态优化和灵敏度分析。在质量不变的情况下,将1.5m加长段箱体一阶扭转模态频率从43.88Hz提升到48.71Hz。
  4、通过实验的方法创新的使用工作振动形态、静态压力以及加速度分布对其横向振动特性进行综合研究,并首次提出以压力测试表征熨平板摊铺路面的压实度和平整度。

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