自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙三維圖紙和說(shuō)明書(shū)】

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k-模型來(lái)封閉紊流量。結(jié)果表明，第三種方案是最好的，因?yàn)槠錃鈩?dòng)特性?xún)?yōu)于未改進(jìn)的模型。關(guān)鍵詞:自卸車(chē)，外流場(chǎng)，數(shù)值模擬。1.介紹礦用自卸卡車(chē)主要用于各種礦山和地面站。由于其工作條件差，路面較低，且經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向，負(fù)荷過(guò)重，外部負(fù)荷復(fù)雜。目前，設(shè)計(jì)人員對(duì)自卸車(chē)的強(qiáng)度和剛度的要求越來(lái)越重視，其部件滿足各種要求，很少考慮其氣動(dòng)特性和氣動(dòng)設(shè)計(jì)。據(jù)報(bào)道，我國(guó)大約有9000輛礦用自卸卡車(chē)1,2，一般負(fù)荷超過(guò)20噸，油耗和污染排放顯著增加。由于節(jié)能和對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，需要通過(guò)降低自卸卡車(chē)的空氣阻力來(lái)提高自卸車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性。關(guān)于重型車(chē)輛空氣動(dòng)力學(xué)的大量信息可以在至少20世紀(jì)70年代早期的公開(kāi)文獻(xiàn)中找到。這些工程大多涉及風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、道路測(cè)試和計(jì)算模擬。參考文獻(xiàn)3-5聯(lián)合風(fēng)洞和計(jì)算模擬，以減少卡車(chē)空氣阻力，導(dǎo)致減阻裝置的智能設(shè)計(jì)。在Ref.6中引入的全面測(cè)試提供了計(jì)算驗(yàn)證的詳細(xì)數(shù)據(jù)、減阻設(shè)備的指導(dǎo)和風(fēng)洞測(cè)試指南。這些已發(fā)表的作品都不包括對(duì)礦車(chē)的氣動(dòng)參數(shù)的研究或?qū)ζ錅p阻的研究。摘要在分析礦山傾卸卡車(chē)外部流場(chǎng)的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的基礎(chǔ)上，給出了氣動(dòng)阻力的變化規(guī)律。為了解決卡車(chē)頭部形狀的氣動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)數(shù)值模擬和分析，提出了改善頭部形狀的三種方案。2.計(jì)算模型和網(wǎng)格2.1計(jì)算模型對(duì)一輛礦車(chē)的三維計(jì)算模型進(jìn)行了以下假設(shè)，忽略了外部鏈接和車(chē)架附件的影響，將卡車(chē)底部作為平面處理?？諝獗徽J(rèn)為是不可壓縮的，所以可以計(jì)算出傾卸卡車(chē)周?chē)姆€(wěn)態(tài)流場(chǎng)。自卸卡車(chē)被認(rèn)為是在沖擊荷載狀態(tài)下，以恒定的速度行駛在平滑的道路上，忽略了邊坡和橫風(fēng)的影響。根據(jù)參考文獻(xiàn)7。車(chē)輪表面被修整到10o和350o，然后垂直的邊界下降到地面。所以輪子與地面的接觸是一個(gè)矩形?；谏鲜黾僭O(shè)，它是某一類(lèi)型的采礦自卸車(chē)的1/10比例復(fù)制品，如圖1所示。它的長(zhǎng)度為765毫米(L)，高度為370毫米(H)，寬度為349毫米(W)。圖1簡(jiǎn)化模型2.2計(jì)算域和網(wǎng)格生成。計(jì)算域是由2L在模型前面，5L在后面，4H在頂部，2W在每邊。圖2礦用自卸車(chē)網(wǎng)格圖的一部分。為了克服復(fù)雜幾何、大計(jì)算域和大網(wǎng)格數(shù)的困難，該域被分解。在本研究中，通過(guò)在卡車(chē)周?chē)鷦?chuàng)建一個(gè)平行六面體箱，將該域分解為18個(gè)部分。包含卡車(chē)的盒子里裝滿了四面體細(xì)胞，而其他的部分則含有六面體細(xì)胞(見(jiàn)圖2)。該網(wǎng)格是由Fluent Inc.開(kāi)發(fā)的商業(yè)幾何和網(wǎng)格構(gòu)建工具GAMBIT生成的。離卡車(chē)越遠(yuǎn)的地方，網(wǎng)格就越稀疏。由于尾跡區(qū)對(duì)卡車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)特性有很大的影響，所以卡車(chē)后面的文章網(wǎng)格更加密集。本文所創(chuàng)建的網(wǎng)格包括四面體細(xì)胞、六面體細(xì)胞和金字塔細(xì)胞。3.數(shù)值模擬3.1數(shù)學(xué)模型由于外部流場(chǎng)可以被認(rèn)為是不可壓縮流，所以利用時(shí)間平均守恒方程來(lái)計(jì)算流動(dòng)?，F(xiàn)在方程在笛卡爾坐標(biāo)系中給出。連續(xù)性方程是 （1）動(dòng)量方程 （2）本構(gòu)方程 （3）動(dòng)蕩的粘度 （4）空氣的密度,u速度相對(duì)于卡車(chē),p的平均壓力,空氣粘度,湍流粘度,K湍流動(dòng)能,湍流耗散率,相關(guān)系數(shù)和粘度,應(yīng)力張量,和ij年代染色率張量。選擇RNG湍流模型，是因?yàn)樗笆褂昧艘幌盗蓄?lèi)似的問(wèn)題(8,9)，精確到更高的應(yīng)變率和漩渦流10-12。時(shí)間平均湍流動(dòng)能方程。 (5)時(shí)間平均湍流耗散率方程 (6)這里3.2邊界條件u用作一個(gè)恒定的速度入口邊界條件在v和w強(qiáng)加于零,u,v和w x,y和z分量的速度相對(duì)于卡車(chē)。開(kāi)礦傾卸車(chē)的最大速度為52公里/小時(shí)(14.44 m/s)。湍流強(qiáng)度比和湍流耗散率是過(guò)程默認(rèn)值。出口邊界條件為零相對(duì)靜壓。移動(dòng)墻地平面(= uu)指定邊界條件來(lái)模擬道路條件13。自卸卡車(chē)頂部和兩側(cè)的計(jì)算區(qū)域足夠?qū)挘銐蚋?，可以忽略這些邊界的影響，因此選擇進(jìn)口的條件14。3.3數(shù)值方法在本文中，所有的守恒方程和湍流模型方程都是用基于有限體積法的CFD軟件Fluent求解的。對(duì)對(duì)流條件采用了一階逆風(fēng)法，對(duì)彌散性特爾馬進(jìn)行了中心差分。為了評(píng)價(jià)壓力-速度耦合場(chǎng)，采用了著名的簡(jiǎn)單算法。4結(jié)果與討論4.1空氣動(dòng)力空氣動(dòng)力在表1中給出。力包括壓力和粘性力。通過(guò)計(jì)算，自卸卡車(chē)的氣動(dòng)阻力系數(shù)為0.9184。實(shí)測(cè)車(chē)輛滑行試驗(yàn)測(cè)量的空氣動(dòng)力阻力系數(shù)為0.8915。兩個(gè)結(jié)果之間的誤差為5%，表明計(jì)算模擬結(jié)果是可信的。表1氣動(dòng)力和阻力系數(shù)。4.2流動(dòng)結(jié)構(gòu)圖3顯示了卡車(chē)表面的壓力輪廓，圖4為=0z截面的速度矢量。迎面氣流在卡車(chē)前部分為兩個(gè)區(qū)域，其中一個(gè)在頂部，一個(gè)在卡車(chē)的底部(見(jiàn)圖4)。通過(guò)保險(xiǎn)杠，流體從底部的運(yùn)動(dòng)被提升到后面的壓力峰值沿著底部。頂部的流也被分成兩個(gè)區(qū)域，在閥罩的流動(dòng)過(guò)程中。一個(gè)在底部，形成漩渦，讓身體在駕駛室底部和身體之間的空間停下來(lái)。下一步是與底流合并，穿過(guò)車(chē)輪與地面之間的空隙，并沿下游路徑進(jìn)入尾流區(qū)。另一種流動(dòng)的速度在身體的上邊緣加速，在身體的前部形成一個(gè)低壓區(qū)。然后，水流繼續(xù)流向下游，形成一個(gè)巨大的漩渦，因?yàn)樯眢w的形狀。下一步是將它們重新附著在身體的表面，并與后面的氣流合并。在向上流動(dòng)的過(guò)程中，由于自卸車(chē)的形狀，在車(chē)頂、駕駛室、車(chē)身和車(chē)身前部形成了一個(gè)較大的正壓區(qū)域(見(jiàn)圖3)。這是形成自卸卡車(chē)壓力的主要原因。圖3 自卸汽車(chē)的表面壓力輪廓圖4 z=o時(shí)的速度矢量圖5顯示了從卡車(chē)尾部各部分的速度矢量的結(jié)果。可以看出，在靠近尾部的區(qū)域，渦流非常復(fù)雜，因?yàn)榭ㄜ?chē)的形狀是不對(duì)稱(chēng)的。隨著渦旋沿著下游延伸，渦旋逐漸合并成一對(duì)渦旋與相反的方向旋轉(zhuǎn)，在遠(yuǎn)后方的強(qiáng)度變得較弱。圖5 在不同位置時(shí)的速度矢量圖5從卡車(chē)形狀的氣動(dòng)性能上研究頭部形狀的改善其不足主要是由于前緣基本上是一個(gè)方形的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致頭部的空氣動(dòng)力特性惡化，而面對(duì)風(fēng)面積較大。這些因素使車(chē)輛的頭部成為空氣阻力的主要來(lái)源。為了提高傾卸車(chē)的氣動(dòng)性能，提出了三種頭部形狀改進(jìn)方案，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬。進(jìn)行了以下研究。5.1頭型改善方案第一個(gè)方案是改變自卸車(chē)的形狀。因?yàn)轭^部形狀基本上是一個(gè)方形的結(jié)構(gòu)，在引擎罩的邊緣，平臺(tái)和身體的頭部是圓形的。發(fā)動(dòng)機(jī)罩的半徑為10毫米，其他零件的半徑為5毫米。這些變化之后，卡車(chē)模型如圖6所示。圖6 變化之后的卡車(chē)模型二是減少面向空氣的面積。由于氣流對(duì)機(jī)體的影響范圍非常大，因此在傾卸卡車(chē)的頭部形成了一個(gè)較大的正壓區(qū)域。為了解決這個(gè)問(wèn)題，拆分機(jī)安裝在機(jī)身前部(如圖7所示)，因?yàn)樵赗ef.16,17中使用了類(lèi)似的設(shè)備來(lái)減少拖拉機(jī)拖車(chē)的阻力。圖7 安裝分束器飛機(jī)后的卡車(chē)模型第三種是將第一種與第二種相結(jié)合，通常是改善邊緣和朝向風(fēng)區(qū)。在模擬上述三種情況下，計(jì)算了該區(qū)域的初始條件和條件。邊界條件將與前一個(gè)模型相似。通過(guò)計(jì)算，我們可以得到改進(jìn)的卡車(chē)氣動(dòng)性能的數(shù)值結(jié)果。 圖8 自卸汽車(chē)在z=0時(shí)改善前后的對(duì)比圖5.2原型與改進(jìn)卡車(chē)的對(duì)比5.2.1壓力輪廓的比較=0 z截面圖8顯示了原型和改進(jìn)卡車(chē)在=0 z部分的壓力輪廓。可以看到，氣流通過(guò)引擎蓋和車(chē)身頂部平滑地流動(dòng)。在車(chē)頂和車(chē)尾的壓力輪廓變得稀疏，壓力梯度降低。在機(jī)身前部安裝了分裂機(jī)后，在車(chē)身前部和卡車(chē)尾部的壓力輪廓都是稀疏的。它降低了整個(gè)卡車(chē)的壓力阻力。第三個(gè)場(chǎng)景集成了前兩個(gè)程序的優(yōu)點(diǎn)，使壓力減阻更顯著。5.2.2改進(jìn)后的卡車(chē)阻力系數(shù)比較，如表2所示。表2 改進(jìn)前后氣動(dòng)阻力系數(shù)。改進(jìn)后的卡車(chē)的氣動(dòng)阻力系數(shù)均減小。第一種情況減少3.8%，第二種減少6.59%，第三種減少13.7%。第三種情況的氣動(dòng)特性比其他的要好。因此，在氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)盡量使形狀順利進(jìn)行，同時(shí)安裝額外的設(shè)備以減小頭部的壓力。6總結(jié)通過(guò)計(jì)算得出礦用自卸卡車(chē)的阻力系數(shù)很大。因此，有必要對(duì)礦用自卸卡車(chē)的氣動(dòng)特性進(jìn)行研究，并采取相應(yīng)的措施來(lái)減少阻力和動(dòng)力消耗。礦用自卸卡車(chē)的主要?dú)鈩?dòng)阻力來(lái)自于自卸卡車(chē)前的較大的正壓區(qū)。根據(jù)卡車(chē)頭部氣動(dòng)形狀的缺陷，提出了三種改進(jìn)卡車(chē)形狀的方案。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，第三種方法比其他方法更好，使卡車(chē)的氣動(dòng)特性大大提高。因此，在氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)盡量使形狀順利進(jìn)行，同時(shí)安裝額外的設(shè)備以減小頭部的壓力。 附錄2：外文原文致 謝經(jīng)過(guò)了半年的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于走到了尾聲，在這個(gè)過(guò)程中，有過(guò)心酸和汗水，也有過(guò)歡樂(lè)和笑聲，在此，我要感謝我的導(dǎo)師王邦國(guó)老師，我的論文就是在他的指導(dǎo)和幫助下完成的，王邦國(guó)老師淵博的學(xué)術(shù)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、誨人不倦的敬業(yè)精神以及和藹寬容的待人作風(fēng)使我獲益頗多。一開(kāi)始教會(huì)了我如何查找文獻(xiàn)，循循善誘，一遍不行就兩遍，很有耐心，當(dāng)我計(jì)算遇到困難的時(shí)候教我學(xué)會(huì)MATLAB軟件進(jìn)行編譯計(jì)算，大大節(jié)省了我的時(shí)間和精力，當(dāng)檢查開(kāi)題報(bào)告和中期答辯的時(shí)候，對(duì)于我每個(gè)文字和數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢查和分析，非常嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，并時(shí)刻督促我趕上進(jìn)度。在此，向王老師致以最誠(chéng)摯的敬意和感謝！我還要感謝呂杰，林倩雯等同學(xué)，他們?yōu)槲业恼撐奶峁┝撕芏嗪玫慕ㄗh和支持。有時(shí)候老師并不能隨時(shí)出現(xiàn)在自己的身邊，在這時(shí)，同學(xué)們的出現(xiàn)也給了我很大的幫助。 這次設(shè)計(jì)可能就是我作為學(xué)生時(shí)代的最后一次作業(yè)了，對(duì)此我也很認(rèn)真，本著一絲不茍的治學(xué)精神，也是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)生涯的一個(gè)檢測(cè)，更是我將理論與實(shí)踐相結(jié)合的一個(gè)契機(jī)，還是一個(gè)溫故而知新的過(guò)程。在這次設(shè)計(jì)中，自己也是獲益頗豐，學(xué)到了很多課本外的知識(shí)，見(jiàn)識(shí)到了很多國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)，加深了我對(duì)理論知識(shí)的理解，拓展了自己的眼界，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有了更加的感性認(rèn)識(shí)。所以也感謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)帶給我的長(zhǎng)足進(jìn)步。- 15 -