单侧曲轨自卸式矿车的动力学研究

论文摘要

为了满足矿山机械中的矿车的发展,提高其在矿山运输中的效率,本文从多刚体动力学的角度,运用先进的设计理论和方法对整个矿车系统进行了研究,并在研究过程中采用虚拟样机技术,大大降低了研究成本和时间。本文主要研究内容是：我国矿山机械的发展及在国民生产中的重要地位；矿车在矿山运输中的重要作用及矿车研究对于矿山运输中的前景；虚拟样机技术在矿车研究中的重要作用,并对其一些基本内容和基本原理及建模方法进行了介绍；建立了单侧曲轨自卸式矿车的实体模型,并简要阐述了各零部件的功能；对常用的三种空间卸载曲线：柱面抛物曲线、柱面余弦曲线和空间螺旋线进行数学计算得到其角速度和角加速度曲线,进行比对,找到适合矿车卸载的最优曲线；对矿车在进入到曲轨卸载段之前的冲击载荷进行优化,提出了过渡段的修正曲线；采用机械动力学基础理论结合矿车的实际运输情况,对整个矿车系统进行动力学计算,建立了矿车的动力学模型,并对其进行理论验证；把矿车卸载过程分做：不卸载仅几何形状变化阶段、液流和自溜滑动阶段三个阶段,并进行受力分析；介绍了机械动力学软件的基本理论及多刚体动力学仿真的基本流程,建立了矿车的多刚体仿真模型；仿真验证最优方案设计,并与理论结果进行对比。研究表明：虚拟样机技术在矿车系统研究中的重要作用得到了体现；最优曲线即空间螺旋曲线所形成的角速度和角加速度曲线在理论上很好的满足了矿车卸载的实际工程需要；动力学方程的求解进一步表明,在矿车卸载中,建立的动力学模型并对其进行的理论分析,很好的解释了矿车卸载时的动力学问题,为仿真研究奠定了基础；对矿车不同卸载阶段进行的理论分析和计算,揭示了矿车在曲轨运行中的受力情况；对矿车系统的动力学分析和仿真结果比较接近,验证了选用曲轨曲线的正确性。因此选用空间螺旋曲轨很好的满足了矿车卸载的需要。本文利用虚拟样机技术对单侧曲轨自卸式矿车系统进行的动力学研究具有广阔的实际应用前景,为将来进一步的研究提供了有效的方法和经验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 矿山机械概述及矿车的重要地位
• 1.1.2 矿车研究对于矿井运输的意义
• 1.1.3 矿车种类
• 1.1.4 矿车研究概况
• 1.1.5 单侧曲轨自卸式矿车研究的必要性
• 1.2 论文研究的内容及技术路线
• 1.2.1 论文研究的主要内容
• 1.2.2 论文研究的技术路线
• 1.3 小结
• 第二章 单侧曲轨自卸式矿车模型的建立与分析
• 2.1 虚拟样机技术
• 2.1.1 机械产品设计的主要过程
• 2.1.2 虚拟样机技术的特点
• 2.1.3 虚拟样机技术的应用
• 2.2 矿车虚拟样机实体模型的建立
• 2.2.1 单侧曲轨式矿车模型的建立
• 2.2.2 轨道的选用
• 2.2.3 零部件的实体设计
• 2.2.4 碰钩和挂钩系统
• 2.2.5 推杆装置
• 2.3 自由度的计算
• 2.4 动力学方程的建立
• 2.4.1 等效力与等效力矩
• 2.4.2 质心及转动惯量的确定
• 2.4.3 动力学方程的建立
• 2.5 小结
• 第三章 单侧曲轨自卸式矿车的理论分析及曲轨曲线研究
• 3.1 单侧自卸式矿车的工作原理及现有不足
• 3.2 矿车卸载静力学分析及稳定性校核
• 3.2.1 矿车卸载静力学分析
• 3.2.2 矿车的稳定性校核
• 3.3 曲轨曲线的理论分析
• 3.3.1 柱面抛物曲线
• 3.3.2 柱面余弦曲线
• 3.3.3 空间螺旋线
• 3.3.4 矿车在进入曲轨卸载段前的运动分析
• 3.4 小结
• 第四章 矿车的动力学研究
• 4.1 矿车系统的动力学概述及理论
• 4.1.1 矿车系统的多刚体动力学概述
• 4.1.2 矿车系统的多刚体动力学理论
• 4.2 矿车系统的多刚体动力学分析
• 4.2.1 矿车系统的运动学分析
• 4.2.2 动力学方程的建立
• 4.2.3 系统所受的完整约束
• 4.2.4 动力学方程的建立
• 4.3 重车卸载时的理论分析
• 4.3.1 单侧曲轨自卸式矿车的卸载过程
• 4.3.2 载荷的瞬时质量、质心位置、转动惯量以及反推力
• 4.3.3 重车各刚体的角速度和角加速度
• 4.4 小结
• 第五章 矿车的运动学仿真及分析
• 5.1 矿车的运动学模型的建立
• 5.1.1 矿车系统的组成
• 5.1.2 矿车系统的坐标确定
• 5.1.3 矿车系统的多刚体自由度
• 5.1.4 机械动力学仿真基础
• 5.1.5 导入矿车的CAD模型建立构件
• 5.1.6 编辑矿车系统的构件
• 5.1.7 修改矿车系统的构件外观和质量信息
• 5.1.8 添加约束
• 5.1.9 施加载荷
• 5.2 矿车的运动学仿真
• 5.2.1 空车时曲轨的受力情况
• 5.2.2 空车时车箱的角速度及角加速度
• 5.2.3 重车时曲轨的受力情况
• 5.2.4 重车时车箱的角速度及角加速度
• 5.3 小结
• 第六章 论文结论及展望
• 6.1 论文结论
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A:本人在攻读硕士学位期间发表学术论文情况