机械式矿用挖掘机工作装置动态特性研究

论文摘要

本文以抚顺矿业集团生产的FWK-12机械式矿用挖掘机为研究对象,结合其结构特点和实际挖掘工况,对挖掘机工作装置进行了全面深入的动力学研究。主要包括以下四个部分:1.分析了机械式矿用挖掘机工作装置的结构和挖掘过程中的受力形式,应用拉格朗日方程建立了挖掘机工作装置的动力学模型,并对挖掘阻力、提升力、推压力、矿石重力等外载荷进行了详细的讨论和推导。2.在Matlab/Simulink环境下对建立的动力学模型进行仿真分析,得到挖掘过程中任意时刻的位移、速度、加速度及受力情况,并对仿真结果进行分析,表明所建立的动力学方程符合实际情况,为在堵转工况下对工作装置进行动力学分析提供了依据。3.在前文的基础上研究挖掘机在挖掘过程中遇到大块矿石,推压、提升机构同时发生堵转时的动力学问题,考虑提升钢绳和矿石的弹性特性,建立相应的动力学方程,并进行动态仿真,对所得结果进行分析,求得各载荷的动载系数和载荷变化频率。得出的结果为挖掘机结构设计提供了依据。4.利用Pro/e按照样机真实尺寸参数建立工作装置模型,并在Ansys中对工作装置进行模态分析。求出各部件的固有频率,与堵转时的载荷变化频率对比,确定系统不发生共振。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 机械式矿用挖掘机国内外发展概况与趋势
• 1.2 课题目的和研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的主要内容和方法
• 第2章 机械式矿用挖掘机工作装置动力学建模
• 2.1 多体系统动力学概述
• 2.1.1 多体系统动力学发展历史
• 2.1.2 多体系统动力学主要研究方法
• 2.2 动力学方程的建立
• 2.2.1 拉格朗日法基本原理
• 2.2.2 广义坐标及转动惯量的确定
• 2.2.3 系统动能的计算
• 2.2.4 广义力的计算
• 2.2.5 方程的确定
• 2.3 外载荷的确定
• 2.3.1 提升、推压力的确定
• 2.3.2 挖掘阻力的确定
• 2.3.3 矿石重量
• 2.4 本章小节
• 第3章 基于Matlab/Simulink的动力学仿真求解
• 3.1 应用Matlab/Simulink求解动力学方程
• 3.2 系统仿真模型的建立
• 3.2.1 相关数据的计算
• 3.2.2 Simulink下的系统模型
• 3.3 仿真结果及分析
• 3.3.1 挖掘轨迹
• 3.3.2 提升速度和推压速度
• 3.3.3 提升力和推压力
• 3.3.4 斗杆转动角度、角速度和齿尖处挖掘速度
• 3.4 本章小节
• 第4章 工作装置堵转时的动态特性分析
• 4.1 堵转条件下系统的动力学模型相关参数研究
• 4.1.1 堵转工况下的挖掘阻力
• 4.1.2 提升钢绳的处理
• 4.1.3 堵转初始位置和初始条件的确定
• 4.2 建立系统仿真模型
• 4.2.1 相关数据的计算
• 4.2.2 堵转工况下的系统模型
• 4.3 仿真结果分析和动载系数的确定
• 4.4 本章小节
• 第5章 矿用挖掘机工作装置模态分析
• 5.1 ANSYS模态分析的有关原理及实现过程
• 5.2 建立仿真模型
• 5.3 动臂的模态分析
• 5.4 斗杆和铲斗的模态分析
• 5.5 本章小节
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 需要进一步做的工作
• 参考文献
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT