轨道除沙装置关键部件的结构分析及优化

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1、密级：公开论文类型：应用研究工程硕士学位论文轨道除沙装置关键部件的结构分析及优化StructureAnalysisandOptimizationforKeyPartsoftheSandRemovalVehicle培养单位：机械工程学院专业领域：机械工程学生姓名：胡庆江校内导师：郑明军教授校外导师：何剑丰高工二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的

2、学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要近年来，随着我国

3、高速铁路的快速发展，铁路线路里程的不断增加，一些地区的风沙灾害严重威胁了铁路线路的运营安全。铁路轨道除沙车作为清除风沙地区轨道积沙的铁路养护设备，它设计的好坏直接影响除沙车的除沙效率与寿命。本文以轨道除沙车的除沙装置和沙子为主要研究对象，对除沙装置进行了离散元分析、结构静力学分析、疲劳寿命分析和结构优化设计等方面的研究，具体包括以下研究工作：（1）将研究颗粒离散体物料分析的离散单元法引用到轨道除沙车的研究中。介绍了轨道除沙车的结构原理，建立了除沙装置的三维模型。通过虚拟标定的方法得到了沙粒的模型参数，建立了沙粒与除沙装置的离散元仿真模

4、型，模拟了沙子在除沙车内集沙、排沙、抛沙的运动过程。（2）利用EDEM软件对不同工况下除沙装置的除沙过程进行离散元仿真分析。得到了集沙铲转速在100r/min时除沙能力达到最佳，抛沙扇转速在250r/min时满足最近抛沙距离设计指标。并分析了沙粒大小与除沙车行进速度等因素对除沙装置的除沙效率、受力及扭矩特性的影响。（3）运用EDEM与ANSYSWorkbench耦合的方法，将离散元仿真数据导入到ANSYSWorkbech中，对除沙装置关键部件的瞬态受力情况进行了静力学分析，得到了集沙铲和抛沙扇的应力及变形云图。运用nCodeDesig

5、n-Life疲劳分析软件分析了集沙铲和抛沙扇的疲劳寿命情况。验证了集沙铲和抛沙扇满足静力学性能要求，达到可靠性寿命设计要求。（4）利用ANSYSWorkbech中DesignExplorer模块对集沙铲进行了结构优化设计。在满足静力学性能的要求下，优化后集沙铲质量减小21.5kg，较优化前质量降低18.9%。针对除沙车仿真时沙粒回流的现象，利用EDEM对除沙装置机架进行优化改进。优化后除沙效率增加30kg/s，较优化前除沙效率提升27%，优化后沙粒能量较优化前减小40%，从而减小了沙粒对机架的冲击与能量损耗，提高了除沙效率。关键词：除

6、沙车；离散单元法；有限元；集沙铲；结构优化AbstractInrecentyears,China'shigh-speedrailwayaredevelopingrapidlyandrailwaylinesareincreasing.However,thesandstormdisastersinsomeareasseriouslythreatentheoperationalsafetyofrailwaylines.Therailwaytracksandremovalsystemisarailwaymaintenanceequipment

7、forclearingsandinthesandareas,thedesignleveloftheequipmenthasadirectimpactontheefficiencyofsandremovalanditsworkinglife.Inthispaper,thesandremovaldeviceofthesandremovalvehicleandsandsarethemainresearchobjects.Theresearchisstudiedindiscreteelementanalysis,structuralstati

8、csanalysis,fatiguelifeanalysisandstructuraloptimizationdesignofthedesiltingdevice,includingthefollowingresearc