基于并联机构的可变形水陆两栖清理船设计与研究

发布时间：2017-07-07 04:10

  本文关键词：基于并联机构的可变形水陆两栖清理船设计与研究

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【摘要】：小型河道大多具有排涝、灌溉、蓄水等多种功能,但目前不少小型河道存在长年失修,淤积严重,底质污染和各种生活垃圾填塞等一系列问题,小型河道治理工作迫在眉睫。小型两栖清理设备是目前最有效的能在小型河道中自由作业的设备之一,适用于城市小型河道中及湿地中使用的集水体漂浮垃圾收集、水草水葫芦收割、清淤、挖掘功能为一体的设备。本课题基于现有两栖设备的研究,设计适用于小型河道垃圾高效清理的水陆两栖清理船,用以解决河道水上生活垃圾、水生腐败植物、河道淤泥等各种清洁治理问题。本论文研究的主要内容有以下几点。(1)通过对国内外小型河道各类垃圾清理设备现有产品以及相关学术研究成果的探究,针对两栖清理船行走方案提出了橡胶轮胎-动蹼明轮-履带复合式两栖船行走方案和基于柔性填充式划板的两栖船行走方案,对两方案进行了方案优选。设计基于新型填充式划板行走方案的水陆两栖河道清理船。对填充式划板行走方案中的填充式划板进行详细设计,最后介绍了划板式两栖船行走方案中整船液压功能属具、液压系统、冷却系统等关键技术并提出可变形船概念。(2)提出了基于4SPS/UPU并联机构单元模型的可变形两栖船方案,以提高两栖船非结构环境下的适应性和水中工作时的单次装载量;首先针对变形船期望运动要求,进行并联机构机构综合和自由度求解;建立机构运动学模型;进行机构位置、速度和加速度数值求解;利用ADAMS软件通过给定并联机构动平台特定位置和连续位置函数,分别进行机构逆运动学仿真求解,为相应的液压缸驱动控制策略的确定提供基础。(3)考虑所设计两栖船对于可变形的要求以及并联机构用柔性蒙皮对大变形、高强度和受力稳定性的特殊要求,提出以十字形蜂窝结构作为支撑的,硅橡胶面板为外包覆的可变形柔性蒙皮结构。对十字蜂窝结构网格的拓扑形状和变形机理进行分析,探究了蜂窝结构面内方向以及垂直面内方向的承载特性以及影响蒙皮变形性的相关结构参数,为十字蜂窝柔性蒙皮结构的优化设计提供基础。(4)柔体填充式划板可适用于两栖船陆地及水中工作,陆地工作时划板与地面会产生较大的接触应力以及大的划板变形,为保证划板破损漏气时的短暂正常使用。首先建立了划板与地面相互作用的力学接触模型,求解划板与地面间的三维应力;其次对划板破损漏气状态下的低胎压内支撑式划板与地面系统的受力状况进行简要分析;最后选择合适的划板层材料并基于ANSYS软件对填充式划板和非填充式划板在特定工况条件下的受力变形性进行分析,探究所设计填充式划板的支撑刚性和变形特性,为划板结构的优化设计提供基础。本文所设计基于并联机构的可变形水陆两栖清理船可为进一步设计研制高性能两栖设备提供理论基础。
【关键词】：水陆两栖 清理船 并联机构 填充式划板 仿真分析
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.2
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 课题研究背景和意义13-14
• 1.1.1 河道清理设备研究背景13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 河道清理设备国内外研究现状14-20
• 1.2.1 国外河道清理设备研究现状14-18
• 1.2.2 国内河道清理设备研究现状18-20
• 1.3 论文结构与主要研究内容20-22
• 第二章 小型河道水陆两栖清理船整体方案设计22-38
• 2.1 引言22
• 2.2 轮胎-明轮-履带式复合行走方案22-27
• 2.2.1 方案一非结构环境下的工作分析23-27
• 2.3 柔体填充式划板行走方案27-36
• 2.3.1 设计指标27-29
• 2.3.2 行走系统设计29-30
• 2.3.3 填充式划板结构设计30-33
• 2.3.4 功能属具设计33-35
• 2.3.5 液压系统设计35-36
• 2.4 实际应用（方案验证）36
• 2.5 变形船方案的提出36-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 变形船体用并联机构机构综合及运动学分析38-60
• 3.1 引言38
• 3.2 基于方位特征集的机构构型综合38-45
• 3.2.1 机构拓扑结构设计的理论基础39-41
• 3.2.2 并联机构拓扑结构设计的基本方法41-42
• 3.2.3 3T2R机构构型综合及方案优选42-45
• 3.3 4SPS /UPU并联机构运动学分析45-52
• 3.3.1 机构运动学方程的建立45-48
• 3.3.2 机构位置正逆解分析48-49
• 3.3.3 机构速度分析49-50
• 3.3.4 机构加速度分析50-52
• 3.4 并联机构运动学仿真52-59
• 3.4.1 ADAMS软件简介52-53
• 3.4.2 运动学仿真分析53-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第四章 并联机构用外包覆柔性蒙皮设计分析60-75
• 4.1 引言60-64
• 4.2 蜂窝单元概述64-65
• 4.3 十字柔性蒙皮变形机理65-68
• 4.4 十字柔性蒙皮力学性能分析68-74
• 4.4.1 十字蜂窝结构面内方向受力分析68-72
• 4.4.2 十字蜂窝结构垂直平面方向受力分析72-74
• 4.5 本章小结74-75
• 第五章 行走装置用填充式划板有限元分析75-95
• 5.1 引言75
• 5.2 柔性体的物理建模方法75-76
• 5.3 弹簧质点模型76-78
• 5.3.1 弹簧质点模型变形分析76
• 5.3.2 弹簧-质点模型的拓扑结构76-78
• 5.4 划板与路面接触应力分布分析及力学模型建立78-83
• 5.4.1 划板-路表接触应力影响因素79-80
• 5.4.2 划板与路表接触应力数学模型80-83
• 5.5 低压力内支撑划板系统受力分析83-85
• 5.5.1 内支撑接地压力84
• 5.5.2 内支撑划板系统滚动阻力84-85
• 5.5.3 降低填充式划板滚动阻力的方法85
• 5.6 填充式划板内支撑和填充材料的选择85-87
• 5.6.1 内支撑基体材料的选择85-86
• 5.6.2 内填充柔性材料的选择86
• 5.6.3 划板外侧结构形式及材料86-87
• 5.7 有限元法概述87-90
• 5.7.1 有限元法分析基本步骤87-89
• 5.7.2 ANSYS有限元软件简介89-90
• 5.8 填充式划板有限元分析90-94
• 5.8.1 划板三维模型的建立90-91
• 5.8.2 导入模型并选择单元类型91
• 5.8.3 定义材料属性91-92
• 5.8.4 划分网格并施加约束和载荷92
• 5.8.5 模型求解与分析92-94
• 5.9 本章小结94-95
• 第六章 总结与展望95-96
• 6.1 全文总结95
• 6.1.1 论文研究的内容95
• 6.1.2 论文主要创新点95
• 6.2 课题展望95-96
• 参考文献96-101
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果101-103
• 致谢103-104

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本文编号：528808