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椭圆伸缩吊臂动态特性研究与轻量化设计
| 论文题名： | 椭圆伸缩吊臂动态特性研究与轻量化设计 |
| 关键词： | 铁路起重机;椭圆伸缩吊臂;动态特性;轻量化设计 |
| 摘要： | 当前，铁路起重机已经成为保证铁路畅通不可或缺的重要装备，作为铁路起重机的主要承载构件，伸缩吊臂的设计合理与否对起重机的承载能力、整机实用性和安全可靠性有很大影响。同时，随着铁路起重机大型化、高速化，伸缩吊臂的动态特性越来越不容忽视。 本文以铁路救援起重机三节伸缩吊臂为研究对象，探析了椭圆形伸缩吊臂动态特性，并对其结构轻量化技术进行了研究。主要内容如下: (1)基于Ansysworkbench协同仿真平台，完成了新型椭圆形截面伸缩吊臂的参数化建模、有限元分析。采用目标驱动优化模块对椭圆形截面伸缩吊臂进行轻量化设计。研究了各输入与输出参数的相关性、灵敏度。优化后的伸缩吊臂自重降低了27.97％，轻量化设计效果显著。 (2)为研究伸缩吊臂在吊重被突然提升离地、吊重悬空静止时开始起升、吊重匀速上升时制动三种工况的真实动态特性，引入了钢丝绳阻尼系数，建立了运动微分方程，推导出相应工况的动态载荷的理论计算公式，得出了载荷时程曲线。 (3)采用模态分析得出椭圆形截面伸缩吊臂前六阶模态振型与固有频率。谐响应分析对各振型与频率进行筛选，得出:变幅平面内频率2.8Hz与16.4Hz，回转平面内频率2.2Hz与12.5Hz为所在平面的共振频率，并用具体数据对比说明:变幅平面第二阶固有频率为椭圆形截面伸缩吊臂最易发生共振的频率。 (4)给出了伸缩吊臂瞬态动力学的常用求解方法。研究了载荷频率与伸缩吊臂固有频率比值对椭圆形截面伸缩吊臂最大应力的影响，得出了关系曲线图。曲线表明频率比在0.6～1.4之间，伸缩吊臂应力变化非常大，比值为1时达到峰值。对比了共振与非共振情况下椭圆形截面伸缩吊臂振动情况。结果表明:在共振区间，即使载荷振幅衰减较快，椭圆形截面伸缩吊臂振幅同样会急速攀升，最大应力很容易超过材料的屈服极限。 (5)采用了指数衰减函数模拟伸缩吊臂卸载过程。研究了卸载时间与伸缩吊臂卸载后由于振动产生的最大应力之间的关系。并对不同卸载时间的振动曲线进行了分析。结果表明:卸载时间小于0.1s时，最大应力将大于椭圆形截面伸缩吊臂静态分析中的最大应力值，这可能超过椭圆形截面伸缩吊臂许用应力值，给伸缩吊臂带来破坏。在0～0.4s之间，应力下降非常迅速，之后趋于平缓。因此，应尽可能的延长卸载时间，减小振动。 |
| 作者： | 缪强 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 张仲鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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