平衡冲击压路机节能机理分析与研究

【摘要】： 冲击压路机在基础设施建设中发挥着其他压实设备不能替代的作用,但它在应用中除没有将能量全部作用在工作介质而造成能量浪费外,还存在被压材料的凹凸表面使牵引车颠簸不堪、驾驶员的工作环境极端恶劣以及未能广泛应用等问题。而平衡冲击压路机则基本解决了原冲击压路机存在的主要问题。 针对冲击机械的节能问题,本文以“基于势能为常量的振动与冲击机械节能设计原理”为基础,对系统总势能分别为常量和变量进行分析,求证得出:在设计机械系统时,只要使系统的总势能为常量或在最小区域内变化,则系统所消耗功率将会降低。在分析的过程中并得出:在机械设计时,若系统动能在最小范围内变化,则对机器节能有很大帮助,进而引出了“基于势能的机械设计节能原理”。 论文首先对三边形冲击轮进行分析,根据冲击轮质心运动几何关系确立了质心运动方程,并应用MATLAB绘制出冲击轮势能曲线;归纳了冲击轮转动惯量计算公式,应用现代的三维设计软件求出冲击轮相对于质心轴的转动惯量,为冲击轮动力学研究奠定了基础;进而应用拉格朗日方程对冲击轮进行了动力学分析,并运用MATLAB对牵引力进行了数值仿真,分析了冲击轮消耗功率随时间变化的关系,总结出该机存在严重浪费能源等问题的实质是系统势能的周期性突变;以‘基于势能的节能原理'为基础,根据冲击压路机的特殊性,设计出平衡冲击压路机;基于上述理论,运用MATLAB对冲击轮的势能曲线进行了优化,得出了平衡冲击压路机前后轮组的最佳相位角范围;根据冲击轮角速度变化规律,研究了中心距变化规律,并应用图解法确定了平衡冲击压路机的中心距。论证得出:平衡冲击压路机的节能主要与系统的势能和动能在最小范围内变化、被压材料凹凸表面(平整度)等三方面有关。通过对模型试验和平衡冲击压路机样机理论分析和试验,得出‘基于势能的节能原理'所设计的平衡冲击压路机具有较好的节能效果,证明了原理的正确性。 通过理论分析、设计和实验测试初步得出了:在设计动力机械时除必须满足节能原理外,还得出必须使其牵引力在整个工作过程中处于最大和系统动能在最小范围内变化的节能技术。 【关键词】：耗能分析 势能节能原理 平衡冲击压路机 节能机理 节能试验研究
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U415.521
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 本课题的背景和意义10-13
• 1.1.1 背景10-13
• 1.1.2 问题的提出及研究的意义13
• 1.2 冲击压路机发展概述13-18
• 1.3 本文研究的主要内容18-19
• 第二章 冲击压路机耗能分析19-39
• 2.1 冲击轮势能曲线研究19-26
• 2.1.1 冲击轮质心坐标方程19-21
• 2.1.2 冲击轮势能曲线21-26
• 2.2 冲击压路机动能分析26-30
• 2.2.1 动能的构成26
• 2.2.2 转动惯量分析26-30
• 2.2.3 总动能计算公式30
• 2.3 冲击压路机能耗分析30-39
• 2.3.1 动力学分析与数值仿真31-37
• 2.3.2 功率分析37-39
• 第三章 平衡冲击压路机节能机理分析与研究39-64
• 3.1 机械设计节能原理39-44
• 3.1.1 基于势能为常量的振动与冲击机械设计节能原理39
• 3.1.2 基于势能的机械设计节能原理39-44
• 3.2 机械设计节能原理的工程应用44-47
• 3.2.1 “平衡状态有势力”的应用44-45
• 3.2.2 “不同性质的有势力构成的平衡有势力系”的应用45
• 3.2.3 “有势力与其位移的夹角恒为90°”的运用45-46
• 3.2.4 系统势能为常量或在最小范围内变化46-47
• 3.3 平衡冲击压路机的设计原理及参数研究47-55
• 3.3.1 平衡冲击压路机的设计原理47-48
• 3.3.2 初始相位理论研究48-52
• 3.3.3 中心距分析52-55
• 3.4 平衡冲击压路机的节能机理研究55-64
• 3.4.1 “节能原理”对平衡冲击压路机的节能贡献55-59
• 3.4.2 被压材料平整度对平衡冲击压路机的节能贡献59-61
• 3.4.3 动能变化率对平衡冲击压路机的节能贡献61-64
• 第四章 平衡冲击压路机的节能试验研究64-73
• 4.1 模型试验分析64-67
• 4.1.1 试验准备64-65
• 4.1.2 模型在不同被压材料条件下的初始牵引力测定65-66
• 4.1.3 被压材料作业质量的对比试验66
• 4.1.4 模型试验参数测定结果66-67
• 4.2 样机试验研究67-70
• 4.2.1 试验样机设计方案67-69
• 4.2.2 平衡冲击压路机工作特点及试验过程69-70
• 4.3 试验研究结果的分析70-73
• 4.3.1 模型试验结果分析70-71
• 4.3.2 样机试验分析71-73
• 第五章 平衡冲击压路机结构分析73-78
• 5.1 平衡冲击压路机车架基本情况73-75
• 5.1.1 建模73-74
• 5.1.2 网格划分74-75
• 5.1.3 约束与载荷处理75
• 5.2 计算结果及分析75-78
• 结论与展望78-80
• 一 结论78-79
• 二 问题与展望79-80
• 参考文献80-83
• 附录 现场调试及试验83-84
• 致谢84

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