混凝土搅拌运输车侧翻动力学建模研究

论文摘要

混凝土搅拌运输车的运输安全是一个需要解决的难题,它的侧翻事故严重威胁着驾驶者的生命安全和工程建设的生产安全。混凝土搅拌运输车质量较大,质心位置较高且随着搅拌筒的搅拌旋转而变化,加上轮胎和路面间复杂的交互作用等因素,使驾驶员深感混凝土搅拌运输车的速度稍高时,操纵稳定性就变差,稍不注意就引发侧翻事故。因此研究分析混凝土搅拌运输车的侧翻机理,确定其侧翻临界状态的条件和规律,为侧翻预警系统的研究提供依据,是本论文研究工作的根本目标。论文在分析搅拌运输车结构、运行特点、搅拌筒内混凝土的流体性质后,对混凝土在搅拌筒内的受力和运动情况进行了分析,建立流体运动方程。根据实际情况经过适当简化,得出搅拌筒内部流体速度表达式。在此基础上,建立了流体动力学方程,据此确定了混凝土流体在转弯离心惯性力和搅拌筒旋转惯性力共同作用下所引起整体质心位置发生动态变化的偏移规律。基于混凝土搅拌运输车质心动态变化的规律,本文作者就搅拌运输车在平地圆周运动、弯道内倾、弯道外倾三种工况下,对混凝土搅拌运输车进行受力分析,并分别建立了侧翻动力学模型。求解出了各工况下的临界侧翻速度表达式。确定了临界侧翻状态下,车速与前轮转角之间的关系。为了验证模型的正确性,文章选用某型号混凝土搅拌运输车进行侧翻稳定性的计算机数字仿真。通过研究发现质心的横向偏移大小主要跟转弯车速、弯道与水平面的夹角有关。纵向偏移量的大小跟车辆搅拌运动和弯道与水平面的夹角有关。论文通过实车参数分析了各种工况下的侧翻规律性,计算了质心横向偏移量和纵向偏移量对临界侧翻速度的影响,弄清楚各工况下车辆侧翻机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 静态侧翻
• 1.2.2 动态侧翻
• 1.2.3 混凝土搅拌运输车行驶稳定性
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 混凝土搅拌运输车结构与运行特点
• 2.1 混凝土基本知识
• 2.1.1 普通混凝土的基本结构成分
• 2.1.2 混凝土拌制
• 2.2 流体与流动的基本特性
• 2.2.1 理想流体与粘性流体
• 2.2.2 牛顿流体与非牛顿流体
• 2.2.3 可压流体与不可压流体
• 2.2.4 定常与非定常流动
• 2.3 混凝土搅拌运输车的组成及分类
• 2.4 搅拌筒及其工作过程
• 2.4.1 搅拌筒内部结构
• 2.4.2 螺旋叶片
• 2.4.3 搅拌形式
• 2.4.4 有效搅拌容积
• 2.4.5 搅拌筒工作原理
• 2.5 混凝土搅拌运输车运行特点
• 2.6 本章小结
• 第三章 搅拌筒动力学模型
• 3.1 运动分析及受力分析
• 3.1.1 运动分析
• 3.1.2 受力分析
• 3.2 内部流动状态理论研究
• 3.2.1 坐标系建立
• 3.2.2 流体动力学控制方程
• 3.2.3 流体动力学控制方程的简化
• 3.2.4 体积力的计算
• 3.2.5 流体动力学控制方程的求解
• 3.3 质心的位置变化
• 3.3.1 静态质心位置
• 3.3.2 搅拌筒旋转运动时质心变化规律
• 3.3.3 混凝土搅拌运输车转向时质心的变化规律
• 3.3.4 质心偏移量
• 3.4 本章小结
• 第四章 侧翻动力学分析
• 4.1 混凝土搅拌运输车侧翻原因分析
• 4.2 混凝土搅拌运输车静态侧翻动力学分析
• 4.3 混凝土搅拌运输车动态侧翻动力学分析
• 4.3.1 搅拌运输车在平地上作圆周运动
• 4.3.2 弯道内倾
• 4.3.3 弯道外倾
• 4.4 转向半径的求解
• 4.5 本章小结
• 第五章 混凝土搅拌运输车侧翻计算实例分析
• 5.1 实车参数
• 5.2 静态侧翻分析
• 5.3 动态侧翻分析
• 5.3.1 在平地上作圆周运动
• 5.3.2 弯道内倾
• 5.3.3 弯道外倾
• 5.3.4 各工况对比分析
• 5.4 质心偏移量对侧翻的影响分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 论文总结
• 6.2 本文的不足与后续工作
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果