大型船用机械数字化构设仿真及动态性能研究

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1、大型船用机械数字化构设仿真及动态性能研究第1章绪论1.1课题的研究背景十一五以来,在高速增长的需求拉动下,我国机械设备制造业得到了快速发展,机械产品的国内市场占有率已经由2005年的80%提高到了2010年的85%以上,重大技术装备自主化取得了较大突破,对国民经济各行各业的保障能力明显增强。十二五时期,我国机械产品市场需求总量仍将保持增长势头。船用机械是现代生产中必不可少的机械产品,是我国重型机械装备的重要部分。船用机械具有结构庞大,机构复杂,作业环境恶劣等特点。近年来,国家基础设施建设的投入以及国家经济的发展,大吨位、新技术、结构新颖的船用机械产品不断的推向市场,船用机械制造业获得了快速的发

2、展。在装备制造业快速发展的同时,也面临着一些问题亟待解决,包括:人力资源短缺,培养周期长;缺少核心技术和自主知识产权;原材料成本提高,利润率降低;新产品开发周期长,开发成本高;设计制造差错多,质量问题多;企业信息化集成度低。目前,世界装备制造业现状为跨国公司占据了世界的主要市场,制造业向集群化、信息化、服务化的发展趋势。对于我国装备制造业,面临着以下发展现状:1、重大技术装备主要依赖进口,由于拥有国际先进技术水平的大型设备大部分尚不能自主制造,不得不靠进口来满足内需。2、关键部件技术和生产是制造业的薄弱环节,关键部件和基础元器件落后导致发展受到限制,成为制造行业发展的瓶颈。3、企业自主创新能力

3、教差,而且大多数为国有企业,对技术研发的资金投入相对较少,传统的技术巳经跟不上时代的发展,急需技术创新。4、缺少具备产品总体设计、装配成套能力的企业。我国港口众多,内河航道长,同时江河湖泊众多,海岸线长,航运历来是交通运输的重要方式;随着世界经济的快速发展,在全球物流持续增加、船舶曰趋大型化的趋势下,港口的港池和航道必须不断加深,港口数量曰益增加。但是我国由于先前治理手段落后且规模比较小,造成河道、入海口等阻塞严重,我国五大江河流域部分河湖於积量如表据有关报导,我国每年仅江湖泥砂游积量就新增8亿立方,现有3亿立方的疏涘能力远不能满足要求,况且现有近1000艘挖泥船中将近半数的超龄船有待更新未来

4、中国环保疏浚市场无疑将呈现高速增长态势,其市场潜力不可估量。对疏浚船舶特别是大容量的船用挖掘机的需求将不断增加。面对机械行业技术自主化急需加强,船用抓斗挖掘机产品市场潜力巨大的情况,本文以杭州市重大科技创新项目大型变频调速船用抓斗式挖掘机研制及产业化项目为背景,以大型6m3船用抓斗挖掘机为研究对象,该产品技术自主化程度高,将变频调速控制技术、超级电容节能等先进技术成功运用到挖泥船上,控制系统更加安全平稳可靠,节能、高效且性能优于国外同类产品,填补了国内空白。目前是国内自主研发和生产的最大斗容量的船用抓斗挖掘机,打破了疏浚行业长期以来依靠进口国外设备的局面,为用户和市场提供了一个全新的挖泥设备。

5、随着计算机技术的快速发展,机械产品信息化、智能化将是未来的发展方向。本文结合基础理论对船用抓斗挖掘机进行数字化设计仿真和动态性能的研究。基于数字化设计仿真方法,研究产品性能。基于多体机械系统动力学的理论基础,对挖掘机工作装置动态性能有了系统全面深入的研究,给产品的优化设计、疲劳寿命分析等提供了依据。该研究有助于提高产品质量,缩短产品开发周期,降低产品开发成本,完成复杂产品的操作和使用。1.2国内外研究现状1.2.1挖掘机简介从近年来工程机械的发展来看,挖掘机用途具有多样性,不仅仅是应用于土石方工程行业,而且包括各行各业基础建设以及机械化工程。挖掘机的应用能减少人力、提高工程作业质量,提高速度等

6、。挖掘机结构包括动力系统、工作装置、回转机抅、操作机构、传动机构、行走机构和辅助设施等16]。动力系统提供机构运动所需动力,包括行走、变幅、提升等,通过动力的匹配能达到最大的节能,工作装置主要完成挖掘工作。挖掘机的机体包括回转机构、行走机构、操作机构、辅助设施等,传动机构将动力传递给执行元件,推动工作装置工作,完成挖掘机的作业过程[7]?挖掘机的种类繁多,根据不同的分类方式,挖掘机分为不同的类别。根据行走方式,挖掘机分为履带式挖掘机和轮式挖掘机;根据传动方式,挖掘机分为液压挖掘机和机械挖掘机;根据用途,挖掘机分为通用挖掘机、矿用挖掘机、船用挖掘机、特种挖掘机。根据茫斗个数,分为单斗和多斗[8]

7、。单斗按工作装置刚性连接或者挠性连接分类如表1.2。第2章大型船用抓斗挖掘机的数字化设计仿真引言信息化时代已经到来,随着三维设计技术得到快速发展以及计算机的仿真能力的大大提高,计算机用于机械辅助设计的功能也越来越强。针对船用抓斗挖掘机零部件多,结构复杂的特点,传统的产品设计方法已经难以满足挖掘机的设计要求,此时数字化设计仿真技术的应用势在必行。本章充分利用产品数字化设计的特点,建立船用抓斗挖掘机的

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1、大型船用机械数字化构设仿真及动态性能研究第1章绪论1.1课题的研究背景十一五以来,在高速增长的需求拉动下,我国机械设备制造业得到了快速发展,机械产品的国内市场占有率已经由2005年的80%提高到了2010年的85%以上,重大技术装备自主化取得了较大突破,对国民经济各行各业的保障能力明显增强。十二五时期,我国机械产品市场需求总量仍将保持增长势头。船用机械是现代生产中必不可少的机械产品,是我国重型机械装备的重要部分。船用机械具有结构庞大,机构复杂,作业环境恶劣等特点。近年来,国家基础设施建设的投入以及国家经济的发展,大吨位、新技术、结构新颖的船用机械产品不断的推向市场,船用机械制造业获得了快速的发

2、展。在装备制造业快速发展的同时,也面临着一些问题亟待解决,包括:人力资源短缺,培养周期长;缺少核心技术和自主知识产权;原材料成本提高,利润率降低;新产品开发周期长,开发成本高;设计制造差错多,质量问题多;企业信息化集成度低。目前,世界装备制造业现状为跨国公司占据了世界的主要市场,制造业向集群化、信息化、服务化的发展趋势。对于我国装备制造业,面临着以下发展现状:1、重大技术装备主要依赖进口,由于拥有国际先进技术水平的大型设备大部分尚不能自主制造,不得不靠进口来满足内需。2、关键部件技术和生产是制造业的薄弱环节,关键部件和基础元器件落后导致发展受到限制,成为制造行业发展的瓶颈。3、企业自主创新能力

3、教差,而且大多数为国有企业,对技术研发的资金投入相对较少,传统的技术巳经跟不上时代的发展,急需技术创新。4、缺少具备产品总体设计、装配成套能力的企业。我国港口众多,内河航道长,同时江河湖泊众多,海岸线长,航运历来是交通运输的重要方式;随着世界经济的快速发展,在全球物流持续增加、船舶曰趋大型化的趋势下,港口的港池和航道必须不断加深,港口数量曰益增加。但是我国由于先前治理手段落后且规模比较小,造成河道、入海口等阻塞严重,我国五大江河流域部分河湖於积量如表据有关报导,我国每年仅江湖泥砂游积量就新增8亿立方,现有3亿立方的疏涘能力远不能满足要求,况且现有近1000艘挖泥船中将近半数的超龄船有待更新未来

4、中国环保疏浚市场无疑将呈现高速增长态势,其市场潜力不可估量。对疏浚船舶特别是大容量的船用挖掘机的需求将不断增加。面对机械行业技术自主化急需加强,船用抓斗挖掘机产品市场潜力巨大的情况,本文以杭州市重大科技创新项目大型变频调速船用抓斗式挖掘机研制及产业化项目为背景,以大型6m3船用抓斗挖掘机为研究对象,该产品技术自主化程度高,将变频调速控制技术、超级电容节能等先进技术成功运用到挖泥船上,控制系统更加安全平稳可靠,节能、高效且性能优于国外同类产品,填补了国内空白。目前是国内自主研发和生产的最大斗容量的船用抓斗挖掘机,打破了疏浚行业长期以来依靠进口国外设备的局面,为用户和市场提供了一个全新的挖泥设备。

5、随着计算机技术的快速发展,机械产品信息化、智能化将是未来的发展方向。本文结合基础理论对船用抓斗挖掘机进行数字化设计仿真和动态性能的研究。基于数字化设计仿真方法,研究产品性能。基于多体机械系统动力学的理论基础,对挖掘机工作装置动态性能有了系统全面深入的研究,给产品的优化设计、疲劳寿命分析等提供了依据。该研究有助于提高产品质量,缩短产品开发周期,降低产品开发成本,完成复杂产品的操作和使用。1.2国内外研究现状1.2.1挖掘机简介从近年来工程机械的发展来看,挖掘机用途具有多样性,不仅仅是应用于土石方工程行业,而且包括各行各业基础建设以及机械化工程。挖掘机的应用能减少人力、提高工程作业质量,提高速度等

6、。挖掘机结构包括动力系统、工作装置、回转机抅、操作机构、传动机构、行走机构和辅助设施等16]。动力系统提供机构运动所需动力,包括行走、变幅、提升等,通过动力的匹配能达到最大的节能,工作装置主要完成挖掘工作。挖掘机的机体包括回转机构、行走机构、操作机构、辅助设施等,传动机构将动力传递给执行元件,推动工作装置工作,完成挖掘机的作业过程[7]?挖掘机的种类繁多,根据不同的分类方式,挖掘机分为不同的类别。根据行走方式,挖掘机分为履带式挖掘机和轮式挖掘机;根据传动方式,挖掘机分为液压挖掘机和机械挖掘机;根据用途,挖掘机分为通用挖掘机、矿用挖掘机、船用挖掘机、特种挖掘机。根据茫斗个数,分为单斗和多斗[8]

7、。单斗按工作装置刚性连接或者挠性连接分类如表1.2。第2章大型船用抓斗挖掘机的数字化设计仿真引言信息化时代已经到来,随着三维设计技术得到快速发展以及计算机的仿真能力的大大提高,计算机用于机械辅助设计的功能也越来越强。针对船用抓斗挖掘机零部件多,结构复杂的特点,传统的产品设计方法已经难以满足挖掘机的设计要求,此时数字化设计仿真技术的应用势在必行。本章充分利用产品数字化设计的特点,建立船用抓斗挖掘机的

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