履帶式沙灘清潔車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

【摘要】：履帶式沙灘清潔車(chē)是一種特種工程車(chē)輛,作業(yè)負(fù)荷大,作業(yè)時(shí)車(chē)速較低,工作環(huán)境惡劣,如作業(yè)時(shí)揚(yáng)塵較大,海風(fēng)濕度大等。因此,發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)工作負(fù)荷大,極易產(chǎn)生過(guò)熱。由于沙灘清潔車(chē)結(jié)構(gòu)的特殊性,車(chē)體底部安裝有撥沙滾輪及篩分機(jī)構(gòu),動(dòng)力系統(tǒng)安裝位置較高,因此易造成整車(chē)重心偏移,懸置支架因剛度問(wèn)題產(chǎn)生共振。對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行總體計(jì)算,并根據(jù)計(jì)算所得發(fā)動(dòng)機(jī)功率扭矩曲線(xiàn)完成發(fā)動(dòng)機(jī)選型,并對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的子部件進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。根據(jù)冷卻系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要求和動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特殊性,確定發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能參數(shù),得到發(fā)動(dòng)機(jī)2600rpm轉(zhuǎn)速工況下冷卻液的質(zhì)量流量為1.6kg/s,空氣流量為7.9m/s;基于冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能參數(shù),完成散熱器的初步設(shè)計(jì),初步確定了散熱器外廓尺寸及芯體內(nèi)部尺寸。建立冷卻系統(tǒng)的計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模型,基于計(jì)算流體力學(xué)仿真軟件FLUENT對(duì)散熱器流場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算,得到散熱器換熱系數(shù)為:0.023190W/mm2/K;基于多孔介質(zhì)替換復(fù)雜流域的方法,得到發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速工況下的散熱器整體的換熱分析計(jì)算數(shù)據(jù),針對(duì)散熱器初步設(shè)計(jì)中存在的冗余設(shè)計(jì),提出3種散熱器結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案,對(duì)比分析3組改進(jìn)方案結(jié)果后得出散熱器的最佳散熱面積為22.221m2,確定了冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?；诮Y(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的方法對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)懸置支架進(jìn)行尺寸和形狀上的優(yōu)化設(shè)計(jì),分別對(duì)優(yōu)化前后的支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析,以最小化懸置支架的柔度為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)支架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì),優(yōu)化后支架重量減少34%,最大應(yīng)力由112.31MPa增大到了129.17MPa,小于材料的許用應(yīng)力138MPa,結(jié)果表明了拓?fù)鋬?yōu)化的合理性。為了保證動(dòng)力系統(tǒng)懸置支架在高周疲勞的工作環(huán)境下具有一定的工作壽命,對(duì)優(yōu)化后支架進(jìn)行恒定振幅載荷疲勞壽命分析,結(jié)果表明優(yōu)化后的懸置支架在最低循環(huán)次數(shù)1.6205e+10次,能達(dá)到96458小時(shí)的工作壽命,滿(mǎn)足履帶式沙灘清潔車(chē)的作業(yè)要求。運(yùn)用有限元方法對(duì)優(yōu)化后動(dòng)力系統(tǒng)懸置支架進(jìn)行計(jì)算模態(tài)分析,結(jié)果顯示懸置支架的主要振動(dòng)模態(tài)頻率在232.79Hz以上,遠(yuǎn)大于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況的振動(dòng)頻率30Hz,表明該懸置支架避開(kāi)了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率?；谔锟诜▽?duì)動(dòng)力系統(tǒng)橡膠減振器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),得到了各可控因子的最大變形量信噪比,并以此為據(jù),獲得了橡膠減振器的最優(yōu)設(shè)計(jì)尺寸,增加了減振器強(qiáng)度和疲勞壽命。 【關(guān)鍵詞】：工程車(chē)輛 動(dòng)力系統(tǒng) 散熱器 CFD 懸置總成 拓?fù)鋬?yōu)化 田口法
【學(xué)位授予單位】：廈門(mén)理工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U469.691
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 課題背景與來(lái)源11
• 1.2 沙灘清潔車(chē)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 工程車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4 本課題的研究?jī)?nèi)容14
• 1.5 本章小結(jié)14-15
• 第二章 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)15-36
• 2.1 動(dòng)力系統(tǒng)總體計(jì)算與發(fā)動(dòng)機(jī)選型15-18
• 2.1.1 整車(chē)總體設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)15
• 2.1.2 有關(guān)計(jì)算公式15-17
• 2.1.2.1 泵的計(jì)算15-16
• 2.1.2.2 馬達(dá)的計(jì)算16-17
• 2.1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)功率匹配計(jì)算及選型17-18
• 2.2 冷卻系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)18-30
• 2.2.1 散熱器型式選擇19-21
• 2.2.1.1 散熱器型式選擇19-20
• 2.2.1.2 散熱器的材質(zhì)選擇20-21
• 2.2.2 散熱器的計(jì)算與設(shè)計(jì)21-26
• 2.2.2.1 散熱量計(jì)算21
• 2.2.2.2 冷卻液的循環(huán)量21-22
• 2.2.2.3 冷卻空氣需求量計(jì)算22-23
• 2.2.2.4 散熱器迎風(fēng)面積23
• 2.2.2.5 散熱表面積及實(shí)際散熱面積23-24
• 2.2.2.6 芯體外廓尺寸及內(nèi)部尺寸24-26
• 2.2.2.7 散熱器三維建模的建立26
• 2.2.3 風(fēng)扇與導(dǎo)風(fēng)罩設(shè)計(jì)26-30
• 2.2.3.1 風(fēng)扇的安裝型式26-27
• 2.2.3.2 風(fēng)扇的選型及其性能參數(shù)27-29
• 2.2.3.3 風(fēng)扇導(dǎo)風(fēng)罩設(shè)計(jì)29-30
• 2.3 懸置總成初步設(shè)計(jì)30-31
• 2.3.1 懸置總成布局設(shè)計(jì)30
• 2.3.2 橡膠減振器設(shè)計(jì)30-31
• 2.4 動(dòng)力系統(tǒng)其它主要附件設(shè)計(jì)與選型31-34
• 2.4.1 空氣濾清器計(jì)算與選型31-33
• 2.4.1.1 空氣濾清器類(lèi)型的選擇32
• 2.4.1.2 空氣濾清器主要性能指標(biāo)32-33
• 2.4.1.3 空氣濾清器選型33
• 2.4.2 消音器設(shè)計(jì)33-34
• 2.4.3 燃油管路設(shè)計(jì)34
• 2.4.3.1 吸油管徑計(jì)算34
• 2.4.3.2 燃油箱容積計(jì)算34
• 2.5 動(dòng)力系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)三維建模34-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)仿真計(jì)算與分析36-49
• 3.1 數(shù)值計(jì)算模型和方法的確定36-41
• 3.1.1 數(shù)值計(jì)算模型36-38
• 3.1.1.1 湍流模型36-38
• 3.2.1.2 多孔介質(zhì)模型38
• 3.1.2 數(shù)值計(jì)算方法38-39
• 3.1.3 邊界條件的設(shè)置39-40
• 3.1.3.1 入口邊界條件39-40
• 3.1.3.2 出口邊界條件40
• 3.1.3.3 壁面的邊界條件40
• 3.1.3.4 散熱器芯體的處理40
• 3.1.4 模型的簡(jiǎn)化40-41
• 3.2 仿真計(jì)算與結(jié)果分析41-45
• 3.2.1 換熱單元的數(shù)值模擬41-43
• 3.2.2 散熱器整體仿真模擬43-45
• 3.3 散熱器結(jié)構(gòu)改進(jìn)45-47
• 3.4 熱平衡試驗(yàn)47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第四章 動(dòng)力系統(tǒng)懸置總成的優(yōu)化設(shè)計(jì)49-65
• 4.1 懸置支架有限元分析及拓?fù)鋬?yōu)化49-53
• 4.1.1 原支架的靜力學(xué)分析49-50
• 4.1.2 設(shè)計(jì)空間的確定50-51
• 4.1.3 支架的拓?fù)鋬?yōu)化51
• 4.1.4 支架的形狀優(yōu)化51-53
• 4.2 優(yōu)化后支架疲勞壽命分析53-55
• 4.3 懸置支架模態(tài)分析55-58
• 4.3.1 計(jì)算模態(tài)分析簡(jiǎn)介55-56
• 4.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻率計(jì)算56
• 4.3.3 模態(tài)分析56-58
• 4.4 橡膠減振器靜力學(xué)分析及優(yōu)化58-64
• 4.4.1 橡膠減振器材料參數(shù)確定58-59
• 4.4.2 橡膠減振器有限元模型與邊界條件確定59-60
• 4.4.3 求解與結(jié)果分析60-61
• 4.4.4 橡膠減振器優(yōu)化設(shè)計(jì)61-64
• 4.4.4.1 優(yōu)化參數(shù)的正交表設(shè)計(jì)61-62
• 4.4.4.2 優(yōu)化參數(shù)的最優(yōu)組合62-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 第五章 產(chǎn)品試制與調(diào)試65-72
• 5.1 二維工程圖設(shè)計(jì)與產(chǎn)品試制65-71
• 5.1.1 懸置總成試制65-66
• 5.1.2 散熱器、空氣濾清器與消音器試制66-69
• 5.1.3 動(dòng)力系統(tǒng)裝配69-71
• 5.2 產(chǎn)品調(diào)試71
• 5.3 本章小結(jié)71-72
• 第六章 總結(jié)與工作展望72-74
• 6.1 全文總結(jié)72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間研究成果以及所參與項(xiàng)目79-80
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷79
• 在學(xué)期間研究成果79
• 參與項(xiàng)目79-80

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