大吨位双回转铁路救援起重机转台系统研究

发布时间：2017-04-20 05:07

  本文关键词：大吨位双回转铁路救援起重机转台系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当前,铁路救援起重机是保证铁路畅通,以及处理突发事故的不可或缺的重要装备,转台系统作为铁路救援起重机的重要组成部分,铁路起重机的性能在很大程度上受到转台结构的重量以及结构形式的影响。因而本文以我国自主研发的QTJS160型起重机为研究背景,希望为祖国未来的铁路起重机的发展提出自己的一些设想。 本文在研究了国内外铁路起重机发展现况以及对比了两种回转方案的优劣之后,决定以QTJS160型起重机为设计背景,提出初步的双回转机构方案,并在此基础上对初始方案进行轻量化设计,主要内容如下： (1)创造性地将拓扑优化技术应用到铁路起重机转台结构的轻量化设计中,以转台结构的柔度最小为目标函数,优化后的体积为约束条件,研究了常用的拓扑优化方案和数学计算方法,推导出拉格朗日乘子法求解变密度法的拓扑优化问题,建立了基于变密度法的转台机构拓扑优化的数学模型。依托ANSYS WORKBENCH协同仿真平台,建立了上、下转台初始结构的参数化模型,利用Shape Optimization(形状优化)模块完成对初始模型的拓扑优化设计,经可制造化处理得到了一个全新的转台结构,上、下转台质量分布下降了39.41%和41.89%,轻量化效果十分显著。 (2)拓扑后的转台结构由于板厚为初始值,且局部尺寸尚未精确,因此在对其进行静力学分析后发现拓扑结构依然存在材料富余情况,可以通过尺寸优化方法进行进一步的轻量化设计。首先通过灵敏度分析,找出对转台结构的应力和质量影响较大的设计因素作为变量,以结构总体质量作为优化目标函数,以材料许用应力作为约束条件。之后,通过中心组合设计(Central Composite Design)方法确定了优化设计的计算样本,建立响应面,并经过预测值吻合度和参数相关性对所建立的响应面进行评估,结果是理想的。继而基于MOGA(多目标遗传算法)完成对上、下转台结构的尺寸优化计算,并对优化结果进行静力学分析,得到的结论是优化后的转台结构符合材料强度和刚度的要求,且与拓扑后的结果比较,上转台质量下降34.74%,下转台也有16.61%的降幅。再将优化后的上、下转台结构进行联合仿真分析,通过校核得到结论：优化后的转台系统满足设计要求。 (3)在转台系统静力学强度和刚度得到充分校核之后,完成了一系列其他方面的分析工作,包括：转台系统的动态分析、屈曲分析以及非线性分析。在动态分析中通过Block Lanczos模态提取方法得到转台前六阶频率,转台整体结构的一阶固有频率为0.63883HZ,处于一个较低的值,容易产生共振,配重需要支腿来稳定；在谐响应分析中,从结果的振幅响应曲线中可以看出,在不同频率的激励载荷作用下,转台系统在第四阶(频率为3.5181Hz)的时候振幅响应出现峰值,因此第四阶容易产生转台系统的共振现象；屈曲分析中,取一阶屈曲载荷系数,则下转台屈曲载荷为63069N,转换成质量就是在配重伸缩臂全伸时候配重质量达到63.069t就会使优化后的下转台发生屈曲失稳,工况中配重质量在安全范围内。然后对转台系统进行非线性分析发现：在线性分析中,压应力分布较为均匀,而考虑摩擦接触时,由于油缸底部支撑轴的变形,导致轴孔内侧出现局部应力激增,容易出现压溃的情况,因此实际生产中轴孔的内侧边缘需要导圆角,以避免这种由于应力过大导致轴孔磨损严重、寿命减少的现象。
【关键词】：双回转转台 拓扑 轻量化设计 灵敏度分析 响应面 神经网络 遗传算法 动态分析 屈曲分析 非线性接触
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U298.6;TH218
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 研究背景13-15
• 1.1.1 我国铁路发展现状13-14
• 1.1.2 选题背景14-15
• 1.2 国内外铁路救援起重机的发展概况15-18
• 1.2.1 国外铁路起重机发展概况15-16
• 1.2.2 国内铁路起重机发展概况16-18
• 1.3 结构优化设计技术18-20
• 1.3.1 尺寸优化18-19
• 1.3.2 形状优化19
• 1.3.3 拓扑优化19-20
• 1.4 有限元技术20-23
• 1.4.1 响应面法22
• 1.4.2 人工神经网络22-23
• 1.4.3 遗传算法23
• 1.5 论文研究的主要内容及工程意义23-25
• 第2章 大吨位铁路救援起重机转台结构分析25-30
• 2.1 大吨位铁路起重机转台特点25
• 2.2 单回转与双回转25-26
• 2.3 双回转方案选择26-27
• 2.4 QTJS160起重机转台载荷计算27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 转台结构的拓扑优化30-53
• 3.1 拓扑优化方法30-31
• 3.1.1 变厚度法30
• 3.1.2 均匀化方法30-31
• 3.1.3 变密度法31
• 3.2 拓扑优化方案31-36
• 3.2.1 拓扑优化流程图32
• 3.2.2 拓扑优化算法32
• 3.2.3 拓扑优化软件32
• 3.2.4 拓扑优化数学方法32-36
• 3.3 转台拓扑优化过程36-51
• 3.3.1 上转台拓扑优化37-43
• 3.3.2 上转台拓扑结果分析43-44
• 3.3.3 下转台拓扑优化44-49
• 3.3.4 下转台拓扑结果分析49-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第4章 基于ANSYS WORKBENCH的转台结构的轻量化设计53-85
• 4.1 ANSYS WORKBENCH优化模块53-54
• 4.2 上转台优化设计54-71
• 4.2.1 上转台参数化建模54-55
• 4.2.2 上转台静力学分析流程55-56
• 4.2.3 上转台材料参数设置56
• 4.2.4 上转台网格划分56-60
• 4.2.5 上转台有限元分析60-61
• 4.2.6 上转台轻量化设计61-71
• 4.3 下转台优化设计71-80
• 4.3.1 下转台参数化建模71-72
• 4.3.2 下转台网格划分72-74
• 4.3.3 下转台有限元分析74-75
• 4.3.4 下转台轻量化设计75-80
• 4.4 转台总体结构分析80-84
• 4.4.1 接触关系的设置80
• 4.4.2 总体应力校核80-83
• 4.4.3 转台作业模拟83-84
• 4.5 本章小结84-85
• 第5章 转台动力学与非线性分析85-96
• 5.1 转台系统动态分析85-88
• 5.1.1 转台模态分析85-87
• 5.1.2 转台系统谐响应分析87-88
• 5.2 转台系统的屈曲分析88-90
• 5.3 转台系统非线性分析90-95
• 5.3.1 轴孔接触非线性分析92-94
• 5.3.2 回转支承面接触非线性分析94-95
• 5.4 本章小结95-96
• 结论与展望96-98
• 致谢98-99
• 参考文献99-103
• 攻读学位期间发表的学术论文及获得的荣誉103-104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：317942