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沥青混凝土摊铺机熨平装置变形分析与试验研究
| 论文题名： | 沥青混凝土摊铺机熨平装置变形分析与试验研究 |
| 关键词： | 沥青混凝土摊铺机;熨平装置;变形控制;仿真试验;有限元模型 |
| 摘要： | 沥青混凝土摊铺机熨平装置作为路面成型的主要作业装置，其工作状态下的变形直接作用在所摊铺路面上，摊铺宽度越大，刚度越弱，其变形越大，对路面的施工平整度产生重要影响。熨平装置在自身重力、混合料阻力和热载荷的作用下产生较大变形；此外在激振力的作用下，熨平装置会发生动态变形，出现振动不均，导致变形增大。因此研究熨平装置的变形特性，分析影响因素，优化结构，提出变形抑制方法，对提高路面质量、使用性能和降低维护费用等具有重要意义。 本文对熨平装置的作业状态进行受力分析并建立动力学模型，为熨平装置的有限元结构分析提供理论支撑。以最常使用的9m机械拼装熨平装置作为典型结构，建立了9m宽熨平装置的三维模型，同Workbench进行联合仿真。使用二元方差分析法对熨平装置撑拉杆的组合方式和安装位置进行设计，分别对各撑拉杆组合下的熨平装置进行静力变形分析、热-力耦合分析和模态分析，研究了撑拉杆安装位置和组合形式对熨平装置静态变形和动态特性的影响规律，并提出了控制变形的方法。对有限元模型进行了热变形试验验证，结果表明热变形仿真模型精度为87.8%，验证了熨平装置有限元模型的精确性。 在熨平装置热-力耦合分析中，采用拓扑优化技术结合实际环境设计出熨平装置的新支撑结构。在同等条件下，对新支撑结构进行热变形分析，得到熨平装置热变形值为11.023mm，相比无撑拉杆结构熨平装置热变形减少16.748mm，降低60.4%；相比撑拉杆组合熨平装置热变形减少5.822mm，降低34.6%；说明新型支撑结构对熨平装置热变形抑制作用的效果非常显著。建立温度与变形之间的数学关系，发现安装新支撑结构可以降低熨平装置变形对温度的敏感程度；建立熨平装置宽度与变形之间的数值模拟方程，可知当条件相同时，熨平装置越宽，变形量受温度影响的程度越高。根据数学方程，提出通过控制摊铺温度范围来抑制熨平装置热变形程度，并给出温度调节范围，以此来满足摊铺路面的质量要求。 在熨平装置动态变形分析中，建立了熨平装置模态分析模型，对无撑拉杆、撑拉杆组合和新支撑结构熨平装置分别进行预应力模态分析求解。结果表明，撑拉杆组合和新支撑结构都可以显著提高熨平装置整体的动态刚度，新支撑结构的效果更好。为避免共振，振捣机构频率应避开14-17Hz区，振动机构频率应避开46-48Hz区，以使熨平装置具有较高的动态刚度。 |
| 作者： | 陆小虎 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 胡永彪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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