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新型PC墙板翻转机构的结构分析与研究

新型PC墙板翻转机构的结构分析与研究

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作者：于宁涛山东交通学院

学位级别：硕士

在墙板生产制造过程中,为了便于叉装运输,经常需要将墙板翻转将近九十度,实现横置便于叉装运输作业,大多数生产线需人工进行翻转作业,操作工人劳动强大,费时费力,同时业严重影响了墙板生产线的生产效率。PC墙板翻转机用于混凝土预制构... 详细信息

在墙板生产制造过程中,为了便于叉装运输,经常需要将墙板翻转将近九十度,实现横置便于叉装运输作业,大多数生产线需人工进行翻转作业,操作工人劳动强大,费时费力,同时业严重影响了墙板生产线的生产效率。PC墙板翻转机用于混凝土预制构件生产线中内、外墙板的翻转。养护完成后,采用一端固定的旋转翻板方法将其翻转85°,使墙板接近竖直;再利用行车等设备将墙板吊运至静停区。目前,国内针对PC墙板翻转机的研究较少,并且市面上现存的翻转机结构单一,较为笨重,为此,本文针对现PC墙板生产线上的一种新型翻转机构进行研究分析,并进行结构尺度优化,具体工作如下:(1)针对生产线上的一种PC墙板翻转机构型进行运动学分析。首先分析新型PC墙板翻转机构的整体结构,分析运动过程、原理和工况性能,然后建立新型PC墙板翻转机构运动学模型,采用修正的Grubler-Kulzbach(G-K)公式对PC墙板翻转机构进行自由度计算,后对其进行正、逆运动学求解以及速度加速度求解;通过油缸安装距与选用油缸间的几何关系,给出新型PC墙板翻转机构尺度约束条件;依据机构工况要求,结合尺度约束条件,并通过实验例证验证现用新型PC墙板翻转机构运动的合理性。(2)针对新型PC墙板翻转机构进行动力学分析与尺度优化,通过对新型PC墙板翻转机构进行力学问题简化,建立新型PC墙板翻转机构的动力学方程,得到了翻转动臂举升子链动力学尺度优化模型,以液压缸最大负载最小为目标函数,基于复合形法并借助MATLAB软件进行数值求解,得到新型PC墙板翻转机构的最优尺度参数;优化后,翻转动臂举升子链油缸最大负载降低约27%,新型PC墙板翻转机构力学性能得到显著提高。(3)依据实际生产的工况要求并基于三维软件Creo建立新型PC墙板翻转机构虚拟样机模型,进行运动学和动力学仿真实验,其结果验证了运动学、动力学以及尺度优化分析的正确性,后根据实际工况及油缸负载进行了液压系统的设计。(4)针对新型PC墙板翻转机构进行有限元分析,求得翻转机构在两种经典工况下的等效应力、应变云图,对新型PC墙板翻转机构各构件强度和刚度校核,后进行模态分析,通过分析各阶频率和振型图,分析出易发生振动变形的部位,为企业PC墙板生产线生产中避免共振提供了数据理论,最后进行样机试制并进行了翻转工况作业,与之前的设备相对比,新型PC墙板翻转机构能耗更低,更具有市场潜力和性价比。

关键词：墙板翻转机运动学动力学尺度优化有限元分析

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