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履带式沙滩清洁车动力系统设计与分析
| 论文题名： | 履带式沙滩清洁车动力系统设计与分析 |
| 关键词： | 沙滩清洁车;动力系统;参数设计;拓扑优化 |
| 摘要： | 履带式沙滩清洁车是一种特种工程车辆，作业负荷大，作业时车速较低，工作环境恶劣，如作业时扬尘较大，海风湿度大等。因此，发动机冷却系统工作负荷大，极易产生过热。由于沙滩清洁车结构的特殊性，车体底部安装有拨沙滚轮及筛分机构，动力系统安装位置较高，因此易造成整车重心偏移，悬置支架因刚度问题产生共振。 对动力系统进行总体计算，并根据计算所得发动机功率扭矩曲线完成发动机选型，并对动力系统的子部件进行了初步设计。 根据冷却系统的整体设计要求和动力系统的结构特殊性，确定发动机冷却系统的设计性能参数，得到发动机2600rpm转速工况下冷却液的质量流量为1.6kg/s，空气流量为7.9m/s；基于冷却系统的设计性能参数，完成散热器的初步设计，初步确定了散热器外廓尺寸及芯体内部尺寸。 建立冷却系统的计算流体力学(CFD)模型，基于计算流体力学仿真软件FLUENT对散热器流场和温度场进行仿真计算，得到散热器换热系数为：0.023190W/mm2/K；基于多孔介质替换复杂流域的方法，得到发动机额定转速工况下的散热器整体的换热分析计算数据，针对散热器初步设计中存在的冗余设计，提出3种散热器结构改进方案，对比分析3组改进方案结果后得出散热器的最佳散热面积为22.221m2，确定了冷却系统的设计。 基于结构拓扑优化的方法对动力系统悬置支架进行尺寸和形状上的优化设计，分别对优化前后的支架进行结构强度分析，以最小化悬置支架的柔度为优化目标对支架进行轻量化设计，优化后支架重量减少34％，最大应力由112.31MPa增大到了129.17MPa，小于材料的许用应力138MPa，结果表明了拓扑优化的合理性。 为了保证动力系统悬置支架在高周疲劳的工作环境下具有一定的工作寿命，对优化后支架进行恒定振幅载荷疲劳寿命分析，结果表明优化后的悬置支架在最低循环次数1.6205e+10次，能达到96458小时的工作寿命，满足履带式沙滩清洁车的作业要求。 运用有限元方法对优化后动力系统悬置支架进行计算模态分析，结果显示悬置支架的主要振动模态频率在232.79Hz以上，远大于发动机怠速工况的振动频率30Hz，表明该悬置支架避开了发动机的工作频率。 基于田口法对动力系统橡胶减振器进行优化设计，得到了各可控因子的最大变形量信噪比，并以此为据，获得了橡胶减振器的最优设计尺寸，增加了减振器强度和疲劳寿命。 |
| 作者： | 张淼 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 周水庭;欧阳联格 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 厦门理工学院 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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