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            现场修复为目的之机床设计与分析

            来源: www.zsalud.com 作者:candace 发布时间:2013-11-26 17:05 论文字数:32500字
            论文编号: sb201311252356489209 论文地区:中国 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文 论文价格: 150
            本文针对现场修复技术的特点,在修复机床设计方法、模块化设计理论、有限元方法等理论基础上,对现场修复机床的总体设计布局、加工过程及影响其动态性能的因素等方面的问题开展了研究

            1 绪论
             

            1.1 再制造工程概述
            1.1.1 再制造工程的诞生背景
            在全球经济飞速发展的今天,以过度开发自然资源和无偿利用环境为标志的旧制造方式,在创造巨大物质财富的同时,也造成了全球性的环境污染、生态破坏、资源浪费等重大问题。制造业作为经济发展的主导产业,是最大的资源利用者。据有关统计,造成环境污染的排放物中,70%以上来自于制造业,人类的生存环境整面临着日益增长的制造业废弃物的压力和自然资源日益短缺的威胁,这种旧制造方式若不改变,势必会给人类造成难以挽回的损失。大力发展循环经济是解决经济发展与资源短缺的一个重要途径,包括大力发展再制造产业、积极推进再制造工程、实施废旧机电产品资源化等。再制造工程是解决环境污染、资源浪费和废旧产品翻新的最佳方法和途径,是符合国家可持续发展战略的一项绿色系统工程[1]。
             
            1.1.2 再制造工程的内涵
            再制造工程是废旧产品的高科技维修的产业化。再制造工程能使产品在多寿命周期内循环使用,达到节能节材、减少污染、创造巨大经济效益和社会效益的目的,在一定程度上保持了产品自身的可持续发展。在坚持以人为本,全面、协调、可持续的发展观指导下,再制造工程已成为我国构建循环经济、实施可持续发展战略的重要组成部分。再制造的对象是广义的,它既可以是设备、设施、系统,也可以是其零部件;包括了硬件,也包括软件。
            再制造工程主要包括以下两个内容:
            1)再制造加工。主要面向已达到物理寿命和经济寿命而报废的产品,在失效分析和寿命评估的基础上,采用激光熔覆等先进表面工程技术,对废旧产品进行再制造加工处理,使其性能恢复到原来的水平,甚至超过新品。2)过时产品的性能升级。主要针对已达到技术寿命的产品,或是不符合可持续发展原则的产品,通过技术更新、改造,尤其是通过使用新技术、新工艺、新材料等,提升产品的技术性能,延长产品的使用寿命。
             
            1.1.3 再制造工程的学科体系
            再制造工程目的是保障产品后半生的高性能、低投入,为产品后半生寿命注入新的活力。再制造工程是通过多学科综合、交叉并系统化后形成的一门新兴学科,涉及机械工程、材料工程、计算机工程及环境工程等多学科的内容。再制造工程以其特定的研究对象、独立的研究内容、坚实的理论基础、独特的研究方法以及广阔的应用前景和潜在的巨大效益,构成了较完整的学科体系,代表了先进生产力的发展方向,这也是再制造工程成为新兴学科的重要标志[4]。再制造工程的体系框架如图 1.1 所示。
             
             
            2 基于遗传算法的现场修复
             
            机床可重构设计方法大型发电机组、大型风机、万吨水压机等,在工业生产中发挥着不可替代的作用。其规格尺寸之大,精度之高,导致制造、运输、安装极为困难,当发生磨损或破损时,须及时进行修复。现场修复机床的设计理念由此而生,其目的是用于重大型装备零部件的现场修复。
            重大型生产装备结构复杂多样,为了准确快速地应对不同结构环境的需求,提出了一种用于现场修复的可重构性机床设计。用于现场修复的可重构机床的设计目标是,可快速、经济地转换机床配置,以响应不同工况,不同结构环境的需求。可重构机床的设计目标决定了它必须采用模块化设计。除了能够经济地满足每个特定结构环境下的加工要求,更重要的是如何随着需求的变化而容易地转换机床配置,使机床在全寿命周期内具有可重构能力。此外,模块的标准化问题、冗余问题都是在设计过程所要考虑的。因此,可重构机床的设计是一个多目标优化问题,涉及多个方面间的相互影响和决策。本章从可重构性角度出发,应用遗传算法探讨了现场修复机床的设计方法。
             
            3 基于快速分解组装的现场修复机床机械结构设计 ........... 20
            3.1 现场修复机床模块化设计的必要性.......................20
            3.2 机床结构的模块化设计方法 ............................21
            3.3 现场修复机床的功能分析...............................25
            3.4 修复机床的总体结构设计...............................26
            3.5 小结................................................31
            4 随行修复机床的磨削过程仿真 ..............33
            4.1 振动分类...............................33
            4.2 现场修复机床的自激振动分析.............33
            4.3 动态磨削过程的仿真.....................41
            4.4 小结 ..................................48
            5 随行修复机床床体的有限元分析.............49
            5.1 有限元软件 ANSYS 介绍 .................49
            5.2 随行修复机床床体的有限元建模.......... 49
            5.3 边界条件...............................51
            5.4 求解.................................. 53
            5.5 有限元结果分析........................ 56
            5.6 床体的模态分析.........................56
            5.7 床体结构的优化与分析...................58
             
            结论
             
            本文针对现场修复技术的特点,在修复机床设计方法、模块化设计理论、有限元方法等理论基础上,对现场修复机床的总体设计布局、加工过程及影响其动态性能的因素等方面的问题开展了研究,取得的主要研究成果如下:
            1.在遗传算法、模块化设计、多级模糊综合评价方法等理论基础上,提出了一种现场修复机床可重构设计的方法。通过对机床模块库的建立、选优以生成机床配置方案,并对配置方案的可适应性进行评价。这样优选出来的配置方案最大限度的提高了整机灵活性,实现了机床成本与重组时间的最优化。
            2.通过对现场修复机床工作性质和特点的研究,在功能需求与分析的基础上,讨论了现场修复机床的模块划分方法,建立了修复机床的功能结构树。并针对机械大轴的修复,提出了满足快速分解与组装要求的修复机床总体结构设计方案。3.根据磨削理论,建立了磨削系统的动力学模型,给出了稳、动态磨削过程中磨削力的计算模型。同时讨论了随行修复机床的磨削用量对磨削力大小的影响。通过对稳、动态磨削力的仿真结果分析,为合理的选择和优化磨削用量提供了参考和依据。
            4.利用 ANSYS 软件对随行修复机床床体进行了有限元分析,在受载最大,工况最不利的情况下,对工作台的受力和变形进行了分析。并在不改变床体基本结构的前提下,对支撑杆进行优化。优化后提高了支撑杆的刚度,在较大程度的减小了工作台的偏移,满足了设计的要求。通过对床体的模态分析,得到了床体的前 
            5 阶固有频率,在设计机床其它结构时尽量避开这些频率,防止共振的发生。
             
            参考文献:
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            [2] 徐滨士.再制造工程基础及其应用[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2005,1~24.
            [3] 徐滨士,李仁涵,梁秀兵.再制造工程的进展[J].中国表面工程,2001,14(2):1~4.
            [4] 徐滨士,朱胜,马世宁,等.装备再制造学科的建设和发展[J].中国表面工程,2003,16(3):1~6.
            [5] Ron Giuntini, Kevin Gaudette. Remanufacturing:The Next Great opportunity forImproving U.S.Productivity.OEM product-services Institute,2003.
            [6] Robot T Lund. The Remanufacturing Industry—Hidden Giant.Research Report,1996.
            [7] 徐滨士.国内外再制造的新发展及未来趋势[C].2009 年促进中部崛起专家论坛暨第五届湖北科技论坛论文集,2009:1~7.
            [8] 储伟俊,刘斌.国外再制造的研究与实践[J].机械工艺师,2001,(8):7~10.
            [9] Xu Binshi, Zhang Zhenxue. Surface Engineering and Remanufacturing Technology[C].International Conference on Advanced Manufacturing Technology’99,Xi’an. New YorkPress,1999:1129~1132.
            [10] Xu Binshi,Zhang Wei,Liu shican, etal.Remanufacturing Technology for the 21stCentury.Proceedings of the 15th European Maintemance conference[C],Gothenburg,Sweden,2000:335~339.

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