基于虚拟样机技术的采煤机建模与仿真研究

论文摘要

采煤机是煤矿开采过程的主要设备之一,它主要包括截割部、行走部、牵引部以及相关的其他设备。由于井下的工作环境十分恶劣,其各部分所受到的负载也十分复杂,采用传统的研究方法很难全面了解采煤机在截割过程中的动态特性。而虚拟样机技术则为研究提供了一种新的方法。以某煤机公司设计的MG300/700-WD型电机牵引采煤机为工程对象,应用MATLAB建立了采煤机受力的数学模型,并应用三维实体建模软件Pro/E为采煤机建立实体模型,在ANSYS中生成关键零件的模态中性文件,应用相应的接口技术导入到ADAMS,最终在ADAMS中形成采煤机刚-柔耦合模型。解决了采煤机在截割过程中负载输入的实现,以及添加约束、边界条件等关键技术。同时,提出了保证仿真精度、提高仿真速度、缩短仿真时间的具体措施,从而大大提高了Pro/E、MATLAB、ADAMS和ANSYS四款软件协同仿真的可操作性;基于虚拟样机技术的刚-柔耦合采煤机仿真分析,发现了采煤机关键零件设计上存在的诸如行走壳体应力过大、变形剧烈以及行走部二级行星部分动态同轴度超差等问题。依据仿真结果提出了改进措施及优化方案,为大型复杂环境下工作的采煤装备的设计与研究提供了一种新的方法和手段,具有巨大的意义和广阔的应用前景。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景
• 1.2 国内外采煤机研究的发展现状
• 1.2.1 国外采煤机发展现状
• 1.2.2 国内采煤机发展现状
• 1.3 虚拟样机技术的国内外研究现状
• 1.3.1 虚拟样机技术的国外研究现状
• 1.3.2 虚拟样机技术的国内研究现状
• 1.4 课题研究的意义和主要内容
• 1.4.1 研究的意义
• 1.4.2 研究的主要内容
• 2. 采煤机刚体模型的建立与校验
• 2.1 采煤机的主要组成部分及其工作原理
• 2.1.1 采煤机的主要组成部分
• 2.1.2 采煤机工作原理
• 2.2 基于Pro/ENGINEER 的采煤机三维实体建模
• 2.2.1 建模的基本思想
• 2.2.2 壳体类零件建模
• 2.2.3 齿轮类零件建模
• 2.2.4 其他类零件建模
• 2.3 采煤机的虚拟装配及干涉检查
• 2.3.1 基于Pro/E 的采煤机各零部件的虚拟装配
• 2.3.2 采煤机的干涉检查
• 2.4 基于ADAMS 采煤机刚体模型的建立
• 2.4.1 模型的导入及几何形体特征的定义
• 2.4.2 约束以及接触的添加
• 2.4.3 运动激励的模拟以及载荷的添加
• 2.5 刚体模型的仿真及结果校验
• 2.5.1 刚性模型的仿真
• 2.5.2 通过仿真结果对模型进行校验
• 2.6 本章小结
• 3 基于ADAMS 的采煤机刚柔耦合模型的建立及仿真参数设置
• 3.1 ADAMS 柔性化理论
• 3.2 多领域协同仿真的实现
• 3.3 基于ANSYS 采煤机关键零部件的柔性化
• 3.4 基于ADAMS Flex Toolkit 的柔性体优化技术
• 3.5 采煤机刚柔耦合模型的建立
• 3.5.1 柔性体的替换与修改
• 3.5.2 刚柔耦合模型仿真中积分器以及求解器的设定
• 3.6 本章小结
• 4 基于ADAMS 的采煤机仿真分析
• 4.1 仿真方案的确定
• 4.2 采煤机截割部壳体可靠性分析
• 4.2.1 强度分析
• 4.2.2 刚度分析
• 4.3 采煤机截割部行星减速机构可靠性分析
• 4.3.1 强度分析
• 4.3.2 刚度分析
• 4.4 采煤机牵引部壳体可靠性分析
• 4.4.1 强度分析
• 4.4.2 刚度分析
• 4.5 采煤机牵引部两级行星减速机构可靠性分析
• 4.5.1 强度分析
• 4.5.2 刚度分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集