混凝土泵车动态分析模型建立与应用实验研究

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混凝土泵车是基建工程中的重要施工设备,随着我国工程建设的高速发展,以及“一带一路”沿线国家基础设施建设的加速进程,混凝土泵车施工设备已成为国民经济的一个重要产业。经过多年的发展,中国的混凝土泵车技术已跻身世界先进水平,所生产的泵车不仅满足国内需求,同时也广泛地走入国际市场。我国的混凝土泵车技术经历了引进、模仿、集成创新和自主创新的几个阶段,目前正面临大尺度、轻量化、高可靠、长寿命的巨大挑战。对于混凝土泵车新产品的开发,通常采用经验动载系数进行结构设计,经全尺寸样机疲劳实验获得泵车载荷图谱分析泵车的疲劳寿命与可靠性,这样造成了巨大的资源浪费。将激励机理与动态仿真相结合,分析泵车振动机理,揭示泵车动态服役特性,可以为混凝土泵车结构轻量化设计与可靠性提高提供基础,同时减少人力、物力与财力成本,简化泵车设计流程,缩短新产品研发周期,使得泵车新产品在国际市场中更具竞争力。本文提出一种符合混凝土泵车实际工作受载与动态服役行为的冲击理论与仿真模拟的技术方法,以某型52米六节臂混凝土泵车为实验与研究对象,通过对冲击激励载荷模型建模与混凝土泵车整机的动态仿真,研究混凝土泵车系统的动态特性以及臂架的振动影响因素。主要研究内容如下:(1)研究混凝土在管道中流动的速度特点,建立出混凝土泵车输送管道中的混凝土流动速度模型。通过对混凝土泵车工作原理及受载特点的分析,依据混凝土泵液压推送原理建立泵送冲击模型,并根据相关规程与原理建立混凝土管道中流动的冲击载荷模型。(2)建立混凝土泵车整机动态特性测试平台,完成多种姿态下的泵车姿态参数测试和振动响应测试。测试内容主要包括混凝土泵车下车支腿方位测量和臂架位姿参数测量,与泵送混凝土有关的供油压力、坍落度等相关参数的测量和臂架位移振幅及结构动态应力的测量。并完成实验测试结果的数据分析与处理,为混凝土泵车整机动态仿真的模型位姿提供信息,为冲击载荷模型的计算提供重要参数,为混凝土泵车整机动态特性研究提供可用于对比的实验结果。(3)建立混凝土泵车整机有限元模型,将混凝土泵车分底架系统、臂架系统和底盘与混凝土泵附件系统三大系统组件。依据各大系统组件元素的结构特点,选择合适的单元类型对其进行网格划分,建立详细建模与简化建模相结合的有限元模型,并完成整机的组装与姿态调整,施加边界条件。(4)完成混凝土泵车整机动态仿真结果与实验测试结果的对比,验证研究所建立的载荷模型的正确性和整机仿真技术方法可行性。先根据软件用户手册选择合适于混凝土泵车整机动态仿真的分析类型,对整机进行模态分析和动态仿真。再将动态特性仿真结果与实验测试结果对比,完成研究的对比分析与验证,并分析存在差异的原因。(5)研究混凝土泵车臂架振动影响因素。将泵送冲击与混凝土流动冲击下的臂架振动响应进行对比,得到引起臂架振动的主要冲击载荷。根据混凝土泵车整机模态振型位移与整机受载振动时上车与下车振动的明显差异,将混凝土泵车整机的下车结构刚性化进行动态仿真,探究下车结构对混凝土泵车臂架振动的影响,提出混凝土泵车动态仿真的简化方法,并对混凝土泵车减振设计和振动控制提供参考建议。
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